BR102015025882A2 - Solid particulate flux sensor wireless with internal battery - Google Patents

Abstract

1/1 resumo “sensor de fluxo de material particulado sólido sem fio dotado de bateria interna” a presente invenção se refere a um sensor robusto, sem fio, de baixo custo, dotado de bateria interna, que permite sua operação por longos períodos sem necessidade de manutenção, para o monitoramento de fluxo de material particulado sólido, tais como fertilizantes químicos, sementes finas, alimentos granulados, e outros, sejam estes gerados por ação mecânica, por gravidade ou por pressão pneumática, utilizado em equipamentos e/ou máquinas de variados setores tais como agropecuário, de alimentos, de construção civil, de plásticos, etc., preferencialmente em máquinas agrícolas, cuja finalidade principal é monitorar o fluxo dentro de um conduto que guia o material particulado durante a operação do equipamento e/ou máquina, e alertar ao operador quando o fluxo está irregular ou é interrompido, que é constituído por um condutor rígido ressonante (1) que compreende um suporte circular (3) onde se encaixam apoios (4) que prendem os transdutores (5) na parede externa do condutor rígido (1), sendo previsto ainda baterias internas (7) para a alimentação do sensor e uma placa eletrônica (6) dotada de um transceptor de radiofrequência para o envio de dados, resultando em um sensor de fluxo de material particulado sólido totalmente sem fios.

Description

"SENSOR DE FLUXO DE MATERIAL PARTICULADO SÓLIDO SEM FIO DOTADO DE BATERÍA INTERNA" Campo da Invenção [0001] A presente invenção se refere a um sensor robusto, sem fio, de baixo custo, dotado de batería interna, que permite sua operação por longos períodos sem necessidade de manutenção, para o monitoramento de fluxo de material particulado sólido, tais como fertilizantes químicos, sementes finas, alimentos granulados, e outros, sejam estes gerados por ação mecânica, por gravidade ou por pressão pneumática, utilizado em equipamentos e/ou máquinas de variados setores tais como agropecuário, de alimentos, de construção civil, de plásticos, etc., preferencialmente em máquinas agrícolas, cuja finalidade principal é monitorar o fluxo dentro de um conduto que guia o material particulado durante a operação do equipamento e/ou máquina, e alertar ao operador quando o fluxo está irregular ou é interrompido.

Fundamentos da Invenção [0002] Os sensores de fluxo são dispositivos largamente utilizados nos mais variados setores da indústria para diversas finalidades, existindo vários tipos de sensores tais como sensor de fluxo de ar, de água, de material particulado, etc.

[0003] Em particular, no setor agrícola, com a crescente necessidade de se aumentar cada vez mais a produção de grãos, diversos meios e dispositivos vem sendo desenvolvidos para aprimorar a eficiência e precisão da aplicação de sementes e insumos no campo. Para isso, os sensores de fluxo são um dos dispositivos utilizados em máquinas agrícolas com o objetivo de monitorar o fluxo das sementes e/ou insumos que são aplicados na área de plantio.

[0004] Um dos inconvenientes apresentados por esses sensores de fluxo se refere ao fato de serem sensíveis ao acúmulo de pó proveniente do movimento descendente das sementes e/ou insumos nos tubos condutores das máquinas agrícolas, fazendo que os sensores funcionem íncorretamente.

[0005] Outro inconveniente apresentado é o fato dos sensores enviarem dados para as interfaces de interação com o operador, sejam monitores ou computadores de bordo, por meio de fios que, roteados ao longo dos equipamentos agrícolas, são fonte constante de falhas e defeitos.

[0006] Ainda, outro inconveniente apresentado é o fato dos sensores demandarem um nível de energia elétrica tal que se faz obrigatória a alimentação por fios ligados a baterias ou geradores, sendo também fontes de falhas e defeitos.

[0007] A seguir serão enumerados alguns documentos do estado da técnica e suas desvantagens.

[0008] O documento de patente BR PI0301241-7 se refere a um sensor inteligente de semente e adubo, particularmente, um sensor de compensação de corrente e tensão, utilizado para "enxergar" a demanda de sementes e adubo em unidades mecanizadas de distribuição, possibilitando determinar se está ou não saindo produto de cada um dos recipientes de contenção utilizados nas máquinas distribuidoras de múltiplas linhas, evitando a distribuição não homogênea de produto numa determinada linha, comprometendo a qualidade da plantação.

[0009] Um dos inconvenientes apresentados no sistema descrito no documento acima reside no fato do sensor ótico apresentar falhas de leitura devido ao volume de poeira gerada pelo fluxo de sementes e/ou adubo no interior do conduto.

[00010] O documento de patente BR PI0704828-9 se refere a um sistema de leitura ótica e/ou ultrasônica aplicado em plantadoras para monitoramento de vazão de sementes e fertilizantes em que um sensor ótico ou ultrasônico é posicionado entre o semicondutor e o condutor de sementes, dentro do corpo principal e próximo do reservatório individual, apresentando um sensor ótico ou ultrasônico próximo do facão ou duplo disco sulcador de fertilizantes e entre o condutor de fertilizantes e o mangote, em que os sensores tem os emissores e receptores de sinal dispostos dentro de um alojamento e protegidos por placas transparentes configuradas de modo a emitir raios e ocupando todos os espaços da seção de passagem dos produtos.

[00011] 0 sistema de leitura ótica e/ou ultrasônica descrito no documento acima diverge frontalmente do preconizado pelo sensor da presente invenção por utilizar sensor ótico e/ou ultrasônico. Além disso, essas tecnologias de detecção são também bastante afetadas pelas camadas de material depositado sobre os sensores no conduto.

[00012] 0 documento de patente BR PI0923975-8 descreve um sistema microprocessado e método utilizado para detectar presença de insumos sólidos, compreendido basicamente por um sensor de principio capacitivo e microcontroladores e outros dispositivos, sendo que o sistema processa os dados medidos e emite sinais para dispositivos externos diversos, como LEDs, sirene, computador de bordo, painel de uma máquina e receptor de sinais sem-fio. Dito sistema apresenta métodos específicos, que criam parâmetros de detecção que além da realização da detecção dos insumos sólidos, elimina também a possibilidade de alarmes falsos, aqueles que surgem devido à presença de pequenas camadas de sujeira, como poeiras ou crostas de adubo, que eventualmente vão se depositando sobre os sensores e que normalmente são detectados, por estes sensores, como fluxo de insumo e não como sujeira depositada sobre o sensor.

[00013] O sistema e método utilizados para detectar insumos sólidos através de sensores capacitivos, descritos no documento citado acima, apresentam alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos a necessidade de fios para alimentar os sensores, dado o seu alto consumo energético.

[00014] O documento de patente BR PI0201720-2 descreve um sensor de fluxo de massa sólida que proporciona perfeito monitoramento de uma massa sólida em fluxo, indicando ausência, presença e volume desse fluxo, e ainda indica quando houver entupimento do sistema. Tem aplicação para monitorar qualquer fluxo de massa sólida, independente da granulação e textura, e de qualquer equipamento aplicador de massa sólida. Especialmente, mas sem se limitar a isso, monitora fertilizante sólido em fluxo, sendo dotado de um transdutor, que pode ser um microfone, um Buzzer ou qualquer captador de vibração ou som. Este transdutor pode estar interceptando diretamente o fluxo de massa, pode estar acoplado externamente ou internamente ao conduto que carreia o fluxo de massa, pode estar simplesmente próximo ao fluxo de massa ou pode estar encostado ou próximo às cordas que interceptam o fluxo de massa e transmitem as vibrações ou sons para o transdutor. Este transdutor capta então as vibrações ou sons e os transforma em sinais elétricos, que são filtrados e amplificados até serem transformados em sinais eletrônicos, que são conduzidos até um painel de controle que contém um botão calibrador por onde o operador vai informar as condições ideais de fluxo de massa e que pode conter leds ou displays para informar o operador sobre as condições do fluxo de massa.

[00015] O sensor de fluxo descrito no documento acima apresenta alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos a ausência de um elemento ressonante instalado no conduto que guia o material particulado, para aumentar a captação de vibração mecânica em virtude das colisões entre as partículas de fluxo e o conduto. Outra deficiência na técnica descrita no documento acima reside no fato de não possuir um protetor para o transdutor, de modo a impedir a incidência de vibrações externas, o que resulta em um funcionamento deficiente do mesmo.

[00016] A proposição inicial do sensor de fluxo de fertilizante sólido, tal como descrito no documento de patente BR PI0201720-2, resultou no desenvolvimento do sensor de fluxo de material particulado sólido sem fio, objeto da presente invenção, cuja finalidade principal é de monitorar o fluxo de material particulado dentro de um tubo condutor durante a operação do equipamento e/ou máquina, e alertar ao operador quando o fluxo está irregular ou é interrompido.

[00017] Os documentos de patente ÜS 05831539 e US 05831542 descrevem um sensor especializado para o fluxo de sementes, dotado de um transdutor passivo do tipo piezelétrico inserido em ângulo dentro do tubo condutor de sementes, de modo que as sementes colidem diretamente com o transdutor em ângulo que capta as vibrações dessas colisões.

[00018] 0 documento de patente US 04441101 descreve um sensor especializado para o fluxo de sementes, constituído de um pino com uma de suas extremidades acoplada a um transdutor piezelétrico. A outra extremidade do pino é posicionada internamente ao condutor do fluxo de sementes, de modo que as vibrações originadas pelas colisões entre o pino e as sementes são captadas pelo transdutor piezelétrico.

[00019] O documento de patente US 04079362 descreve um sensor especializado para o fluxo de sementes e fertilizantes gerado por gravidade, no qual um transdutor piezelétrico é posicionado no percurso do material particulado em queda, de modo que o material particulado incide diretamente sobre o transdutor, gerando um sinal elétrico em resposta às colisões entre o material e o transdutor.

[00020] Os sensores de fluxo descritos nos documentos acima apresentam alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos o fato do sensoriamento ser feito de modo invasivo, ou seja, o transdutor invade o fluxo de sementes causando perturbação no fluxo e danos mecânicos nas sementes, mais pronunciadamente nos sistemas de geração de fluxo por pressão pneumática, onde o material viaja pelos condutos em alta velocidade.

[00021] Além disso, o sensoriamento invasivo do fluxo é deficiente devido ao fato de que a sujeira, pó e os tratamentos químicos impregnados em sementes depositam-se nos transdutores ou nas paredes que os sustentam, diminuindo sua eficiência e confiabilidade. Essa desvantagem é ainda mais comprometedora no sensoriamento do fluxo de fertilizantes sólidos já que, na presença de umidade, o material particulado se deposita e adere ao transdutor ou nas paredes que os sustentam, fenômeno conhecido como encrostamento, prejudicando o seu funcionamento.

[00022] O documento de patente US 07450019B1 descreve um sensor de fluxo de material transportado por pressão pneumática, dotado de um transdutor piezelétrico acoplado a um defletor de fluxo que capta as vibrações originadas pela colisão entre o material particulado e o defletor.

[00023] 0 sensor de fluxo descrito no documento acima apresenta alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos o fato do sensor ser aplicado a um sistema especifico de dosagem de material dotado de um defletor. Além disso, a deposição de material no defletor pode prejudicar a detecção das vibrações. Soma-se ainda a desvantagem de não haver nenhum tipo de proteção ou isolamento no conjunto transdutor-defletor, estando este sujeito à captação errônea de vibrações oriundas da estrutura da máquina e de impactos externos.

[00024] 0 documento de patente US 08950260B2 descreve um sensor de fluxo de sementes transportadas por pressão pneumática. 0 sensor é dotado de um condutor curvo no qual se acopla um transdutor acústico que gera ondas sonoras em resposta à colisão das sementes com o transdutor, sendo estas ondas sonoras transportadas por um duto até um transdutor eletromecânico que transforma o som em sinal elétrico para posterior processamento.

[00025] 0 sensor de fluxo descrito no documento acima apresenta alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos o fato do sensor impor um desvio abrupto de direção no fluxo, gerando perda de carga no sistema pneumático, além de provocar danos nas sementes e no tratamento aplicado nas mesmas. Além disso, a geometria do sistema propicia a deposição de material em frente ao transdutor acústico, tais como pó, sujeira, tratamentos químicos e outros, prejudicando o seu funcionamento.

Adicionalmente, contém uma série de tubinhos de borracha dispostos em cada sensor o que onera o produto, dificulta a instalação e pode gerar manutenções. Outra deficiência é que necessita de energia externa para que o sistema funcione, o que acaba gerando a passagem de cabos pelo equipamento agrícola, com todos os problemas já conhecidos deste tipo de solução.

[00026] 0 documento de patente US 04057709 descreve um sensor de fluxo de sementes transportadas por pressão pneumática ou por gravidade, dotado de um condutor tubular angulado, no qual está colado ou cimentado um transdutor piezelétrico, possuindo ainda acoplamentos de borracha absorvedores de impacto nas extremidades do condutor tubular. A angulação do condutor tubular impõe que o fluxo incida predominantemente na região onde está colado o transdutor, para que o mesmo gere sinais elétricos em resposta à incidência do material particulado.

[00027] O sensor de fluxo descrito no documento acima apresenta alguns inconvenientes, dentre os quais destacamos o fato do transdutor estar solidário (colado ou cimentado) ao condutor tubular, sem contar com apoios traseiros, de modo que, vibrando em conjunto com o condutor tubular, tem sua capacidade de detecção substancialmente diminuída. Tal deficiência impõe que, para uma detecção satisfatória, seja necessária uma angulação no condutor tal que o fluxo de sementes incida predominantemente na região do transdutor. Porém, essa angulação tem por desvantagem causar perda de carga pneumática no sistema, bem como propiciar a deposição de material justamente na área de detecção do sensor. Esses problemas prejudicam seu funcionamento na detecção de fluxo com presença de pó, característico na dosagem de fertilizantes sólidos, ou com sujeira e tratamento químico comumente impregnados em sementes. Além disso, conta com apenas um transdutor no tubo e seu isolamento é deficiente, pois, conta apenas com material emborrachado, sem um formato mais específico para um isolamento mais eficiente dos ruídos.

[00028] A seguir será apresentado um sumário simplificado da modalidade descrita na presente invenção, sendo que tal sumário não é uma visão geral extensiva de todas as modalidades contempladas aqui. E não pretende identificar elementos fundamentais ou críticos, nem delinear o escopo de tais modalidades. Sua única finalidade é apresentar alguns conceitos das modalidades descritas na forma simplificada, como uma introdução à descrição mais detalhada que será apresentada adiante.

Sumário da Invenção [00029] A presente invenção se refere a um sensor robusto, sem fio, de baixo custo, dotado de bateria interna, que permite sua operação por longos períodos sem necessidade de manutenção, para o monitoramento de fluxo de material particulado sólido, tais como fertilizantes químicos, sementes finas, alimentos granulados, e outros, utilizado em equipamentos e/ou máquinas de variados setores tais como agropecuário, de alimentos, de construção civil, de plásticos, etc., preferencialmente utilizado para monitorar o fluxo de fertilizantes e sementes em máquinas agrícolas, que compreende pelo menos um transdutor eletromecânico disposto junto à parede de um condutor rígido ressonante.

[00030] 0 condutor rígido é conectado a um mangote de um conduto da máquina agrícola que guia o material particulado, sendo que o sensor compreende adicionalmente um revestimento de proteção que abriga um suporte circular onde se encaixam apoios que prendem os referidos transdutores na parede externa do condutor rígido, uma placa eletrônica, e baterias para fornecer energia elétrica ao sensor de fluxo.

[00031] Opcionalmente, o condutor rígido ressonante pode possuir aletas para maximizar a vibração em decorrência das colisões com o fluxo de material, aumentando assim a sensibilidade do sensor.

[00032] Ainda opcionalmente, para o sensoriamento de fluxos gerados por gravidade, o sensor da presente invenção pode ser instalado em conjunto com um anteparo desviador de fluxo, instalado externamente ao mangote do conduto que conduz o fertilizante desde o dosador, com a finalidade de curvar o referido mangote, causando perturbação no fluxo, de modo a maximizar a frequência e intensidade das colisões entre as partículas de fluxo e a parede do condutor rígido ressonante.

[00033] A principal vantagem da presente invenção é o fato de utilizar transdutores eletromecânicos passivos, o que minimiza drasticamente o consumo de energia, permitindo que o sensor seja alimentado com baterias de pequeno porte, dispostas internamente ao sensor, por longos períodos, sem necessidade de recarga. Assim não são necessários fios para alimentação do sensor.

[00034] Outra vantagem da presente invenção é que o sensor envia seus dados por radiofrequência a um monitor remoto para interface com o operador, o que elimina por completo a presença de fios no dispositivo, eliminando dificuldades de instalação e defeitos provenientes do roteamento de fios no implemento.

[00035] Outra vantagem, proporcionada pelo uso de batería interna e a consequente ausência de fios, é que o sensor não precisa dispor de cabos e conectores com alto grau de proteção, o que aumenta a robustez e diminui o custo total do produto.

[00036] Outra vantagem, proporcionada pelo uso de batería interna é que o sensor não precisa ser aberto ao longo de sua vida útil. Isso possibilita a utilização de métodos construtivos de fechamento mais simples, tal como a soldagem por ultrasom, evitando parafusos e vedações, o que aumenta a robustez e diminui o custo total do produto.

[00037] Outra vantagem, proporcionada pelo uso de batería interna e a consequente ausência de fios, é que se aumenta a liberdade de posicionamento do sensor no implemento. Por exemplo, em semeadeiras pneumáticas, é possível instalar o sensor bem próximo ao solo, aumentando a rapidez do sensoriamento de entupimento.

[00038] Outra vantagem da presente invenção é a de captar a passagem de fluxo de modo não-invasivo, ou seja, sem interferir, interromper ou alterar a direção do fluxo de material sólido.

[00039] Outra vantagem da presente invenção é de efetuar o sensoriamento sem enviesar ou impor qualquer tendência à incidência do fluxo em qualquer região específica do condutor, de modo a minimizar a deposição e/ou o encrostamento de material particulado no condutor rígido, aumentando a eficiência do sensor de fluxo e diminuindo a necessidade de limpeza e manutenção.

[00040] Outra vantagem da presente invenção é de ativar o sensor de fluxo apenas quando o implemento agrícola está sendo utilizado no campo, diminuindo significativamente o consumo de energia, e, consequentemente, aumentando a autonomia da batería do sensor.

[00041] Uma outra vantagem da presente invenção é de isolar o condutor rígido de vibrações externas causadas pelo implemento, evitando qualquer diagnóstico incorreto com relação ao fluxo do material particulado.

[00042] Pa ra a realização dos objetivos precedentes e afins, uma ou mais modalidades compreendem os aspectos que serão descritos a seguir e especificamente definidos nas reivindicações. A descrição seguinte e os desenhos apensos apresentam certos detalhes ilustrativos dos aspectos das modalidades descritas. Estes aspectos indicam, contudo, apenas algumas das diversas maneiras pelas quais os princípios de diversas modalidades podem ser utilizados. Além disso, pretende-se que as modalidades descritas incluam todos estes aspectos e seus equivalentes.

Breve Descrição das Figuras [00043] As características, natureza e vantagens da presente invenção serão mais visíveis a partir da descrição detalhada exposta abaixo quando lida em conjunto com os desenhos, nos quais as mesmas referências se referem aos mesmos elementos, nos quais: Figura 1 - ilustra uma vista do sensor de fluxo de material particulado sólido, objeto da presente invenção;

Figura 2 - ilustra uma vista do sensor da Figura 1, sem o revestimento de proteção;

Figura 3 - ilustra um vista explodida do sensor de fluxo de material particulado sólido;

Figura 4 - ilustra uma vista lateral em corte do sensor de fluxo de material particulado sólido;

Figura 5 - ilustra uma vista superior do sensor de fluxo de material particulado sólido, com as aletas opcionais do condutor rígido;

Figura 6 - ilustra uma vista do sensor de fluxo conectado a um mangote de um conduto de uma máquina agrícola;

Figura 7 - ilustra uma vista superior em corte do sensor de fluxo de material particulado sólido;

Figura 8 - ilustra uma vista em detalhe da placa eletrônica do sensor com os seus respectivos componentes;

Figura 9 - ilustra uma montagem do sensor com os acoplamentos sanfonados;

Figura 10 - ilustra um diagrama de blocos do fluxo de dados envolvidos no funcionamento do sensor;

Figura 11 - ilustra um fluxograma dos modos de funcionamento do sensor e as transições entre os modos de funcionamento;

Figura 12 - ilustra uma vista em perspectiva do monitor remoto sem fio.

Descrição Detalhada da Invenção [00044] A presente invenção se refere a um SENSOR DE FLUXO DE MATERIAL PARTICULADO SÓLIDO SEM FIO DOTADO DE BATERÍA INTERNA, que foi desenvolvido, preferencialmente, para monitorar o fluxo de fertilizantes e sementes finas em máquinas agrícolas, contudo, o sensor da presente invenção pode também ser utilizado em máquinas e/ou equipamentos de variados setores da indústria, por exemplo, indústria de alimentos, de construção civil, de plástico, etc., para monitorar o fluxo de qualquer material particulado.

[00045] Referência será feita agora à Figura 1, que ilustra o sensor de fluxo de material particulado sólido, o qual compreende um condutor rígido ressonante (1) revestido por uma proteção circular (2).

[00046] Referência é feita agora as Figuras 2, 3 e 7, que ilustram o sensor de fluxo da presente invenção, nas quais o condutor rígido ressonante (1) compreende um suporte circular (3) onde se encaixam apoios (4) que prendem os transdutores (5) na parede externa do condutor rígido ressonante (1), sendo previsto ainda uma placa eletrônica (6), e baterias (7), encaixadas no suporte circular (3) , e todos revestidos pela proteção circular (2) . Opcionalmente, o condutor rígido (1) pode ser revestido por uma capa de proteção emborrachada (8), com a função de isolar o condutor rígido (1) de impactos e vibrações externas que possam prejudicar o seu funcionamento.

[00047] Referência será feita agora à Figura 8, que ilustra a placa eletrônica (6), onde são previstos os componentes transceptor de radiofrequência (11), sensor de impacto externo (17), microprocessador (16), indicador de manutenção (13), indicador de operação (12) e o circuito analógico somador (15).

[00048] 0 condutor rígido ressonante (1) possui a propriedade de ressoar, ou seja, vibrar mecanicamente em sua frequência natural, em virtude das colisões do material particulado contra as suas paredes internas. O diâmetro interno do condutor rígido ressonante (1) é igual ao do restante do percurso do fluxo, evitando afunilamentos que interfiram na direção do fluxo. 0 condutor é reto, sem curvas, de modo que não haja em sua superfície interna nenhuma região com maior tendência de contato com o material particulado, ou na qual predomine a incidência do mesmo, evitando assim a deposição de material, ou que afete a direção do fluxo. O comprimento do condutor deve ser o suficiente para que as colisões ocorridas ao longo de toda a sua superfície interna resultem em vibrações com amplitudes mínimas para serem detectadas pelos transdutores eletromecânicos (5). A parede do condutor rígido ressonante (1) pode ser modificada de acordo com o uso pretendido, podendo receber um polimento e/ou tratamento específico para minimizar o encrostamento de matéria em pó presente, por exemplo, em alguns tipos de fertilizante, ou pode receber a adição de aletas (9), conforme ilustrado na Figura 5, para maximizar a incidência das colisões, aumentando a sensibilidade do sensor de fluxo, quando essa interferência no fluxo for admissível.

[00049] Junto à parede do condutor rígido ressonante estão dispostos um ou mais transdutores eletromecânicos (5) . üm número de transdutores (5) igualmente espaçados pode ser estipulado para qualquer diâmetro do condutor ressonante (1), sendo em quantidade suficiente para se detectar a vibração em torno do condutor ou mesmo em toda a sua área externa. Na disposição construtiva proposta têm-se 4 transdutores (5) dispostos perpendicularmente entre si, formando um "cinto de transdução", de modo a se ter boa sensibilidade para qualquer posição de funcionamento do sensor de fluxo. Os referidos transdutores têm a propriedade de captar a vibração ou deformação mecânica do condutor rígido ressonante (1), e transformá-la em um sinal elétrico analógico proporcional à vibração ou deformação captada, demandando pouca ou nenhuma energia elétrica externa para o seu funcionamento.

[00050] 0 transdutor pode ser do tipo ativo ou passivo e pode ser constituído por um elemento piezelétrico, magnético, eletromagnético, um microfone, strain gauge, polímero eletroativo, ou qualquer outro similar capaz de efetuar essa transdução eletromecânica com baixo consumo de energia elétrica. De preferência, os transdutores (5) devem possuir boa direcionalidade que resulte em maior sensibilidade na direção do condutor, e menor sensibilidade para qualquer outra vibração externa, mesmo que sonora. Seu posicionamento junto ao condutor rígido ressonante (1) pode ser feito por colagem, encaixe, ou por meio de apoios (4). Na disposição construtiva apresentada utilizaram-se transdutores passivos piezelétricos que não necessitam de energia elétrica externa para seu funcionamento e que são imunes a vibrações sonoras externas. Seu posicionamento junto ao condutor foi feito por meio de apoios (4), como descrito a seguir.

[00051] Os apoios (4) posicionam os transdutores (5) junto a parede externa do condutor rígido ressonante (1), e têm a finalidade de aplicar ao transdutor a força necessária e suficiente para maximizar a captação da vibração. Podem ser do tipo mola metálica de arame ou de chapa plana, mola plástica, ou qualquer artefato plástico, metálico ou emborrachado que resulte na mesma função. Uma força excessiva do apoio (4) sobre o transdutor (5) resulta na inibição da vibração do sistema e uma força muito pequena resulta em baixa transmissão mecânica de energia. Na disposição construtiva apresentada utilizou-se mola metálica de arame, cuja força foi empiricamente estipulada em função da maior sensibilidade alcançada ao longo dos testes. A utilização dos apoios (4) aumenta significativamente a sensibilidade do transdutor (5), o que permite a utilização de um condutor ressonante (1) liso e reto.

[00052] A placa eletrônica (6) compreende um circuito eletrônico somador (15), um microprocessador (16), um transceptor de radiofrequência (11), um sensor de impacto externo (17), um indicador de manutenção (13) e um indicador de operação (12).

[00053] 0 transceptor de radiofrequência (11) efetua a comunicação sem fio entre o sensor de fluxo e o monitor remoto (18) que indica ao operador do implemento agrícola a vazão de fluxo de material particulado no condutor rígido ressonante (1).

[00054] Ο circuito eletrônico somador (15) tem a propriedade de somar o sinal analógico gerado pelos transdutores (5) e envia o sinal resultante para o microprocessador (16).

[00055] O sensor de impacto externo (17) tem por propriedade detectar impactos e vibrações externas que possam contaminar a detecção de fluxo. Esse sensor pode ser digital, MEMs ou eletromecânico, do tipo acelerômetro, sensor de força, sensor de pressão ou qualquer outro similar de mesma função. Na disposição construtiva apresentada foi utilizado um acelerômetro digital SMD de baixo consumo que envia imediatamente um sinal digital ao microprocessador (16) a cada vez que um impacto de alta frequência e amplitude é percebido.

[00056] O indicador de operação (12) tem por propriedade informar ao microprocessador (16) quando o sensor está potencialmente em uso. Existem vários componentes conhecidos capazes de executar essa função, tais como "tilt sensors" mecânicos, sensores magnéticos, acelerômetros, circuitos integrados tipo "MEMS" para medição de inclinação ou aceleração, componentes RTC (real time clock) e outros timers que poderíam estipular períodos, datas e horários de funcionamento, chaves e botões acionados pelo próprio usuário, ou mesmo os transdutores de detecção de fluxo que informariam ao microprocessador (16) quando houvesse fluxo passante no sensor. Na disposição construtiva apresentada foi utilizado um "tilt sensor" mecânico que gera uma perturbação em uma entrada do processador sempre que é movimentado. Dessa forma, o processador é avisado sempre que o implemento entra em movimento, sendo essa uma potencial situação de uso do sensor.

[00057] O indicador de manutenção (13) tem por propriedade informar ao microprocessador (16) que o sensor deve entrar em modo de manutenção. Nesse caso, o microprocessador irá configurar o transceptor de radiofrequência em um canal pré-determinado para a comunicação com o equipamento de manutenção. Esse equipamento poderá, então, alterar o endereço de rede do sensor, sua sensibilidade, ou qualquer outro parâmetro de funcionamento relevante. Existem vários componentes conhecidos capazes de executar essa função, tais como "tilt sensors" mecânicos, sensores magnéticos, acelerômetros, ou mesmo chaves e botões acionados pelo próprio usuário. Na disposição construtiva apresentada foi utilizado um sensor magnético tipo "reed switch", de modo que o sensor entra em modo de manutenção sempre que é aproximado um imã em uma região especifica do sensor.

[00058] 0 microprocessador (16) é do tipo "ultra low power", com funções de economia de energia, disponível no mercado por diversos fabricantes da área. Ele recebe os sinais provenientes dos transdutores (5) através do circuito somador (15) e é dotado de um software embarcado para o processamento dos sinais, e consequente avaliação da presença, ausência e quantidade de fluxo no condutor rígido ressonante (1), levando em conta, também, o sinal gerado pelo sensor de impacto externo (17) para evitar a contaminação da avaliação do sinal de fluxo.

[00059] Cabe também ao microprocessador (16) implementar os vários modos de funcionamento descritos na Figura 11, efetuando as transições entre os modos de acordo com as informações que chegam até ele. Durante a maior parte do tempo o sensor fica em modo de funcionamento "SLEEP", onde seu consumo de energia é baixíssimo, pois se desligam os circuitos eletrônicos desnecessários e o microprocessador (16) opera em modo de economia de energia. Caso seja emitido um sinal pelo indicador de manutenção (13) o sensor entra no modo de manutenção (MANÜT) descrito anteriormente e volta ao modo "SLEEP" após um tempo pré-determinado. Caso, em modo "SLEEP", ocorra um sinal do indicador de operação (12), o sensor entra em modo "RF", elevando o consumo de energia porque o sensor tenta se comunicar com o monitor remoto (18). Caso o monitor esteja ligado, indicando que o operador está presente, o sensor obtém resposta para a comunicação e entra em modo de funcionamento pleno (FUNC), com consumo intermediário de energia. Caso contrário o sensor retorna ao modo "SLEEP". Quando em modo de funcionamento pleno (FUNC) o sensor irá transitar para o modo "RF" em períodos de tempo pré-determinado, apenas para confirmar sua presença no implemento, e em caso de alteração no fluxo, quando irá comunicar a nova medição para o monitor remoto. Ainda em modo "FUNC", o sensor irá transitar para o modo "SLEEP" caso não seja detectado fluxo por um longo período de tempo, indicando que, mesmo com o operador presente, a máquina não está em pleno funcionamento.

[00060] Esses diferentes modos de funcionamento e seus mecanismos de transição garantem que o sensor ficará em modo de baixíssimo consumo a maior parte do tempo - o que seria a maior parte do ano no caso de implementos agrícolas - e que irá consumir energia para comunicação apenas quando estritamente necessário. Assim, consegue-se diminuir ao menor nível possível o consumo de batería, aumentando sua vida útil.

[00061] As baterias (7) tem a função de fornecer energia elétrica ao sensor de fluxo, podendo ser do tipo primária, com carga suficiente para alimentar o sensor de fluxo por toda a sua vida útil, ou do tipo recarregável, que recebe carga externa para um determinado período de utilização. Diversas tecnologias de fabricação e elementos químicos atuais e futuros podem ser utilizadas de forma a diminuir o tamanho das baterias, bem como aumentar sua densidade de energia por volume. Na disposição construtiva apresentada utilizaram-se 2 baterias primárias de Lítio cilíndricas.

[00062] Referência é feita agora a Figura 6 que ilustra uma vista do sensor de fluxo conectado a um mangote (M) de um conduto de uma máquina agrícola que guia o material particulado. Como ilustrado, um anteparo desviador de fluxo (10) é instalado externamente a um mangote (M) do conduto, em conjunto com o conector rígido (1). Essa montagem impõe que o material particulado sempre colida com o mangote e se disperse em diferentes direções, garantindo maior frequência e intensidade das colisões entre as partículas de fluxo e a parede com o condutor rígido ressonante (1). Tal instalação mostrou-se extremamente eficiente em equipamentos de fluxo por gravidade, onde a velocidade do fluxo é baixa nas proximidades do dosador de material particulado, o que podería diminuir a sensibilidade do sensor. Essa instalação tem a vantagem de causar o desejado desvio no fluxo sem causar deposição de material e encrostamento, já que o próprio movimento sanfonado (esticamento e relaxamento) do mangote se encarrega de expulsar qualquer material depositado no mesmo.

[00063] A capa de proteção emborrachada (8) tem a propriedade de proteger o sensor contra impactos e vibrações externas. Ela é feita de borracha com dureza suficiente para proporcionar robustez à montagem, mas mantendo maciez para isolar e amortecer os impactos e vibrações externas. Além disso, a capa de proteção emborrachada (8) é dotada de nervuras internas que formam bolsas de ar e diminuem a área de contato entre a capa e o sensor, de modo a maximizar a proteção e o isolamento acústico.

[00064] A Figura 9 ilustra o sensor montado com um par de acoplamentos sanfonados (14) em suas extremidades. Esses acoplamentos funcionam como isoladores de vibração quando o sensor é montado em tubulações rígidas. Dessa forma, impede-se que as vibrações da estrutura do equipamento alcancem o condutor rígido ressonante (1), o que podería contaminar o sensoriamento do fluxo. Esses acoplamentos podem utilizar qualquer tipo de material com bom isolamento acústico, tais como borracha, cortiça, papelão e outros.

[00065] Referência é feita agora a Figura 12 que ilustra o monitor remoto (18) sem fio, o qual informa ao operador a informação enviada por um ou mais sensores presentes na máquina e/ou equipamento, emitindo alarme sonoro e/ou visual sempre que uma anormalidade é detectada. O monitor remoto é dotado de um transceptor de radiofrequência de maior potência, a fim de se garantir maior robustez no enlace de comunicação sem fio.

[00066] Além disso, o monitor remoto (18) tem a capacidade de inferir se um implemento agrícola está em manobra, quando naturalmente não há fluxo de insumos ou sementes, evitando alarmes desnecessários que causam desconforto ao operador durante a manobra. A inibição ou alteração dos alarmes ocorre quando um número configurável de sensores informar a ausência de fluxo. Para melhor decisão, essa informação pode ser aliada, ainda, a uma informação de velocidade do implemento, fornecida por um GPS ou qualquer outro sensor de deslocamento, tais como sensor de roda, encoder, radar e outros.

[00067] Ressalta-se que o funcionamento do sensor descrito na presente invenção é satisfatório em qualquer modalidade de qeração de fluxo de material particulado, seja por ação mecânica, por gravidade, por pressão pneumática, ou qualquer outra que permita a colisão das partículas sólidas com as paredes do sensor.

[00068] Será facilmente compreendido por aqueles versados na técnica que modificações podem ser realizadas na invenção sem com isso se afastar dos conceitos expostos na descrição precedente. Essas modificações devem ser consideradas como incluídas dentro do escopo da invenção. Consequentemente, as modalidades particulares descritas em detalhes acima são meramente ilustrativas e não limitativas quanto ao escopo da invenção, ao qual deve ser dada a plena extensão das reivindicações apensas e de todos e quaisquer equivalentes das mesmas.

REIVINDICAÇÕES

Claims (19)

1. Sensor de fluxo de material particulado sólido sem fio dotado de batería interna, CARACTERIZADO pelo fato de operar a maior parte do tempo em modo de baixíssimo consumo de energia e de ser constituído por um condutor rígido ressonante (1) que compreende um suporte circular (3) onde se encaixam apoios (4) que pressionam transdutores (5) contra a parede externa do condutor rígido ressonante (1), sendo previsto ainda uma placa eletrônica (6) dotada de um circuito somador (15), um indicador de manutenção (13), um indicador de operação (12), um microprocessador (16), um sensor de impacto externo (17) e um transceptor de radiofrequência (11), possuindo ainda baterias internas (7), encaixadas no suporte circular (3), todos revestidos por uma proteção circular rígida (2) e por outra emborrachada (8), sendo que o dito sensor é instalado no duto transportador do fluxo por meio de acoplamentos sanfonados (14).

2. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os apoios (4) são do tipo de uma mola metálica de arame ou de chapa plana, uma mola plástica, ou qualquer artefato plástico ou emborrachado com a mesma finalidade.

3. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os transdutores (5) são do tipo ativo ou passivo e são constituídos por um elemento piezelétrico, magnético, eletromagnético, um microfone, strain gauge, polímero eletroativo, ou qualquer outro similar, que efetue uma transdução eletromecânica.

4. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os transdutores (5) estão igualmente espaçados em torno do condutor rígido ressonante (1) ou ao longo de sua área externa.

5. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os transdutores (5) estarem, alternativamente, presos ao condutor rígido ressonante (1) por meio de colagem ou encaixe.

6. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o transceptor de radiofrequência (11) transmite a vazão do fluxo de material particulado no condutor rígido ressonante (1) para um monitor remoto (18).

7. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o indicador de manutenção (13) é do tipo de um "tilt sensor" mecânico, de um sensor magnético, acelerômetro, ou mesmo uma chave ou botão acionado pelo próprio usuário.

8. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o indicador de operação (12) pode ser do tipo de um "tilt sensor", sensor magnético, acelerômetro, circuito integrado tipo "MEMS" para medição de inclinação ou aceleração, um componente RTC (real time clock) e demais timers, chave ou botão acionado pelo próprio usuário, ou mesmo o transdutor de detecção de fluxo.

9. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o microprocessador (16) é do tipo "ultra low power" ou tecnologia equivalente, dotado de um modo de funcionamento em baixo consumo de energia.

10. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de impacto externo (17) é do tipo digital, MEMs ou eletromecânico, do tipo acelerômetro, sensor de força, sensor de pressão ou qualquer outro similar de mesma função.

11. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que as baterias internas (7) são do tipo primárias ou recarregáveis.

12. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a capa de proteção emborrachada (8) é dotada de nervuras internas.

13. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente aletas (9) dispostas internamente na parede do condutor rígido ressonante (1).

14. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente um anteparo desviador de fluxo (10) instalado externamente a um mangote (M) de um conduto de uma máquina agrícola, em conjunto com o condutor rígido ressonante (1).

15. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os acoplamentos sanfonados (14) são constituídos de borracha, cortiça, papelão ou qualquer outro material acusticamente isolante.

16. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor se mantém em estado de baixíssimo consumo de energia até que seja acionado o indicador de manutenção (13), para que então o sensor entre em modo de manutenção, comunicando-se em um canal específico de radiofrequência com um equipamento de manutenção.

17. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor se mantém em estado de baixíssimo consumo de energia até que seja acionado o indicador de operação (12), para que então o sensor se comunique com o monitor remoto (18), transitando para o modo de funcionamento pleno caso receba resposta de sua comunicação, ou retornando para o modo de baixíssimo consumo caso contrário.

18. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor, quando em modo de funcionamento pleno, se comunica com o monitor remoto (18) apenas em intervalos de tempo pré-determinados ou quando há alteração na medição de fluxo e que transita para o modo de baixíssimo consumo de energia sempre que haja ausência de fluxo por grandes períodos de tempo.

19. Sensor de fluxo de material particulado sólido, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que é utilizado em conjunto com um monitor remoto (18) que inibi ou altera a emissão de um alarme sonoro e/ou visual quando um número configurável de sensores informar a ausência de fluxo.