Os sensores ultrassom são os mais versáteis entre os sensores e são adequados para quase todas as tarefas de deteção em ambientes industriais. Os objetos a serem detetados podem ser sólidos, líquidos, granulares ou pulverulentos. Eles detetam com segurança objetos que mudam de cor, transparentes ou de alto brilho. O desempenho dos sensores ultrassom é particularmente evidente em ambientes hostis, pois eles são extremamente tolerantes à sujidade e a fiabilidade do processo não é prejudicada por poeira, fumo, névoa ou semelhantes.
Princípios do sensor
Os sensores ultrassom são baseados no tempo de funcionamento medido do sinal ultrassónico. Eles enviam ondas sonoras de alta frequência que são refletidas num objeto.
Sensores de proximidade ultrassom
Modo de funcionamento
No sensor de proximidade ultrassom é utilizado um transdutor de som especial, que permite que o envio e a receção opcionais das ondas sonoras. O transdutor envia um certo número de ondas sonoras, que são refletidas pelo objeto a ser detetado. Após o envio do impulso, o sensor ultrassom é comutado para o modo de receção. O tempo até à chegada de um possível eco é proporcional à distância entre o objeto e o sensor de proximidade.
Saída digital
Só é possível uma deteção de objetos dentro da área de medição. A respetiva distância de comutação pode ser definida pelo utilizador com um potenciómetro ou aprendida através da programação. Se um objeto for detetado dentro da distância definida, o estado de comutação do sensor muda. Um LED integrado informa sobre a deteção de um objeto.
Deteção de objeto
As ondas sonoras são bem refletidas em várias superfícies. Os objetos a serem detetados podem ser sólidos, líquidos, granulares ou pulverulentos. Objetos transparentes e outros oticamente difíceis de detetar são claramente detetados com sensores ultrassom.
Objeto padrão
Todas as informações referem-se a um objeto quadrado e plano com os seguintes comprimentos de aresta:
- 15 x 15 mm com um Sde de até 250 mm
- 30 x 30 mm com um Sde de até 1000 mm
- 100 x 100 mm com um Sde > 1000 mm
O objeto padrão está perpendicular ao eixo de referência do sensor.
Tamanho
Para garantir a deteção fiável do objeto, o sinal refletido deve ser suficientemente grande. A força do sinal refletido também depende do tamanho do objeto. No caso de um objeto padrão definido, a área de deteção Sd pode ser totalmente utilizada.
Superfície
Objetos de absorção de som e os agentes com superfícies rugosas ou porosas refletem o som difusamente e, portanto, reduzem a área de medição dos sensores ultrassom. A área de deteção Sd pode ser totalmente utilizada se a rugosidade máxima da superfície do objeto não exceder 0,2 mm.
- Borracha de espuma
- Algodão/lã/tecidos/feltro
- Materiais muito porosos
Feixes de som típicos
Os feixes de som listados nas páginas de dados mostram a área de deteção efetiva dos sensores ultrassom. Os feixes de som também ilustram a influência dos feixes laterais, que aumentam o ângulo de abertura dos sensores na área próxima. Devido à absorção e difusão do som no ar, os feixes de som tornam-se menores em distâncias maiores.
Os feixes de som são típicos de toda uma família de sensores. Por exemplo, o perfil 100 - 1000 mm aplica-se a todos os tipos com esta área de deteção; analógicos e digitais.
Método de medição
Para determinar os feixes de som típicos, são utilizados objetos quadrados padrão feitos de aço com os seguintes comprimentos de aresta:
- 15 x 15 mm com um Sde ≤ 250 mm
- 30 x 30 mm com um Sde ≤ 1000 mm
- 100 x 100 mm com um Sde > 1000 mm
Os objetos são movidos lateralmente para a área de deteção em ângulo reto com o eixo de referência do sensor e a várias distâncias. Os feixes de som típicos são criados ligando a seguir os pontos de comutação medidos. A forma do feixe de som muda quando são utilizados objetos redondos ou outras geometrias diferentes.
Barreiras refletoras ultrassom
Modo de funcionamento
Basicamente, a barreira de reflexão funciona no mesmo princípio que o sensor de proximidade ultrassom. Em contraste com os sensores de proximidade, no entanto, elas exigem um refletor que reflita o sinal ultrassónico. Qualquer objeto estacionário que reflita o som pode ser usado como um refletor (por exemplo, até mesmo a correia transportadora, uma parede, etc.). Assim que um objeto interrompe o caminho entre o sensor e o refletor, o sensor deixa de detetar o refletor e altera o sinal na saída de comutação.
Deteção de objeto
Objeto padrão/refletor
Todas as informações referem-se a um objeto quadrado e plano com um comprimento de aresta de 30 mm (Sde> 1000 mm: comprimento de aresta de 100 mm, Sde ≥ 2500 mm: comprimento de aresta de 300 mm) que é perpendicular ao eixo de referência do sensor. O refletor deve ser feito de um bom material refletor de som com pelo menos as mesmas dimensões geométricas.
Vantagens
- Deteção sem problemas de até 100% de materiais com absorção de som
- Deteção fiável de objetos de deflexão de som
- Nenhuma área cega à frente do sensor para objetos que são ≥ ao objeto padrão
Barreiras ultrassom unidirecionais
Modo de funcionamento
Nas barreiras ultrassom unidirecionais, o transmissor e o recetor estão alojados em dois compartimentos separados. O transmissor emite continuamente ondas sonoras que chegam ao recetor pelo ar. Se um objeto interromper as ondas sonoras, o recetor muda para o estágio de saída.
Com o potenciómetro integrado no recetor, o utilizador pode ajustar a amplificação necessária do sinal de entrada precisamente para os objetos a serem detetados. O estado de saída e a intensidade do sinal recebido são indicados por um LED.
Ângulo de abertura α
O ângulo de abertura α define a extensão espacial do feixe de som cónico emitido pelo transmissor da barreira ultrassom.
Exatidão de repetição
Devido ao estreito ângulo de abertura do feixe de som do transmissor ultrassom, a repetibilidade do ponto de comutação S1 para dois objetos consecutivos sob condições idênticas é melhor do que 3 mm.
Histerese
A histerese define a diferença entre o ponto de ativação S1 e o ponto de desativação S2. Se um objeto de medição romper o feixe de som, é necessário um nível de sinal aproximadamente 75% maior para uma reinicialização clara do sinal de saída. Objetos em sucessão próxima são claramente detetados.
Sensores de distância ultrassom
Modo de funcionamento
Com sensores de medição de distância, a corrente de saída ou a tensão de saída é proporcional à distância do objeto a ser detetado. Com base no método de eco de impulso, o valor da distância medida é emitido como um valor de tensão. Dependendo do sensor, a inclinação da curva de saída pode ser alterada via potenciómetro, programação ou qTeach e adaptada de forma otimizada à resolução necessária para a respetiva aplicação. Para aplicações com longos cabos de alimentação ou elevados níveis de interferência, é recomendada a utilização do sensor ultrassom de medição de distância com saída de corrente.
