Los sensores de ultrasonidos son los sensores más todoterreno y son adecuados para casi todas las tareas de detección en entornos industriales. Los objetos a detectar pueden ser sólidos, líquidos, granulados o pulverulentos. Detectan de forma fiable objetos brillantes, transparentes o que cambian de color. El rendimiento de los sensores de ultrasonidos resulta particularmente evidente en entornos duros, ya que son extremadamente tolerantes a la suciedad y la seguridad del proceso no se ve afectada por el polvo, el humo, la niebla o similares.


Principios de los sensores

Los sensores de ultrasonidos se basan en la duración medida de la señal ultrasónica. Envían ondas sonoras de alta frecuencia que se reflejan en un objeto.


Sensores de proximidad por ultrasonidos

Funcionamiento

Se utiliza un transductor acústico especial en el sensor de proximidad por ultrasonidos, el cual permite el envío y la recepción de ondas. El transductor envía cierta cantidad de ondas, las cuales refleja el objeto a detectar. Tras enviar el pulso, el sensor por ultrasonidos pasa al modo de recepción. El tiempo hasta la llegada de un posible eco es proporcional a la distancia entre el objeto y el sensor de proximidad.

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Salida digital

La detección de objetos solo es posible dentro del rango de medición. El usuario puede ajustar la distancia de conmutación con un potenciómetro o puede programarse con Teach-in. Si se detecta un objeto dentro de la distancia ajustada, cambia el estado de conmutación del sensor. Un led integrado informa sobre la detección de un objeto.

Detección de objetos

Las ondas se reflejan bien en diferentes superficies. Los objetos a detectar pueden ser sólidos, líquidos, granulados o pulverulentos. Los objetos transparentes y otros visualmente difíciles de detectar se detectan con sensores de ultrasonidos.

Objeto estándar

Toda la información hace referencia a un objeto cuadrado plano con las siguientes longitudes de borde:

El objeto estándar es perpendicular al eje de referencia del sensor. 

Tamaño

La señal reflejada debe ser lo suficientemente grande para garantizar una detección de objetos segura. La intensidad de la señal reflejada también depende del tamaño del objeto. En caso de un objeto estándar definido, el rango de detección Sd se puede utilizar por completo.

Superficie

Los objetos que absorben el sonido y los medios con superficies rugosas o porosas reflejan el sonido de manera difusa y, por lo tanto, reducen el rango de medición de los sensores de ultrasonidos. El rango de detección Sd se puede utilizar por completo si la rugosidad máxima de la superficie del objeto no supera los 0,2 mm.

Los objetos típicos que absorben el sonido son:
 
Haces típicos de luz

Los haces de sonido enumerados en las páginas de datos muestran el rango de detección efectivo de los sensores de ultrasonidos. Los haces de sonido también ilustran la influencia de los haces laterales, que amplían el ángulo de apertura de los sensores. Debido a la absorción y difusión del sonido en el aire, los haces de sonido se reducen en caso de mayores distancias.

Los haces de sonido son típicos de toda una familia de sensores. El perfil 100-1000 mm se aplica, por ejemplo, a todos los tipos con este rango de detección: analógico y digital.

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Método de medición
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Se utilizan objetos estándar cuadrados de acero con las siguientes longitudes de borde para determinar los típicos haces de sonido:

Los objetos se desplazan al rango de detección en ángulo recto con respecto al eje de referencia del sensor y lateralmente a varias distancias. Los haces típicos de sonido se generan conectando posteriormente los puntos de conmutación medidos. La forma del haz de sonido cambia cuando se utilizan objetos redondos u otras geometrías diferentes.


Barreras de reflexión por ultrasonidos

Funcionamiento

Básicamente, la barrera de reflexión funciona conforme al mismo principio que el sensor de proximidad por ultrasonidos. A diferencia de los sensores de proximidad, requieren un reflector que refleje la señal ultrasónica. Cualquier objeto estacionario que refleje el sonido se puede utilizar como reflector (por ejemplo, una cinta transportadora, una pared, etc.). Si un objeto interrumpe el tramo entre el sensor y el reflector, el sensor ya no detecta el reflector y cambia la señal en la salida de conmutación.

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Detección de objetos
Objeto estándar/reflector

Toda la información hace referencia a un objeto cuadrado plano con una longitud de borde de 30 mm (Sde > 1000 mm: longitud de borde de 100 mm, Sde ≥ 2500 mm: longitud de borde de 300 mm), que esté en posición perpendicular al eje de referencia del sensor. El reflector debe estar confeccionado con material que refleje el sonido con, al menos, las mismas dimensiones geométricas. 

Ventajas
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Barreras unidireccionales por ultrasonidos

Funcionamiento

En el caso de barreras unidireccionales por ultrasonidos, el emisor y el receptor están alojados en dos carcasas independientes. El emisor emite continuamente ondas sonoras que llegan al receptor por el aire. Si un objeto interrumpe las ondas sonoras, el receptor pasa por la etapa de salida.

Con el potenciómetro integrado en el receptor, el usuario puede ajustar con precisión la intensificación necesaria de la señal de entrada a los objetos a detectar. El estado de salida y la intensidad de la señal recibida se indican mediante un led.

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Ángulo de apertura α

El ángulo de apertura α define la extensión espacial del haz de sonido cónico emitido por el emisor de la barrera ultrasónica.

Repetibilidad

Debido al reducido ángulo de apertura del haz de sonido del emisor ultrasónico, la repetibilidad del punto de conmutación S1 para dos objetos seguidos en condiciones idénticas es mejor que 3 mm.

Histéresis

La histéresis define la diferencia entre el punto de encendido S1 y el punto de apagado S2. Si un objeto de medición atraviesa el haz de sonido, se requiere un nivel de señal aproximadamente un 75 % superior para un restablecimiento claro de la señal de salida. Por lo tanto, los objetos seguidos se reconocen de forma clara.

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Sensores ultrasónicos de distancia

Funcionamiento
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En el caso de sensores que miden la distancia, la corriente de salida o la tensión de salida es proporcional a la distancia del objeto a detectar. El valor medido de alejamiento se emite como un valor de tensión conforme al proceso de impulsos. En función del sensor, la conductancia de la curva de salida se puede modificar mediante potenciómetro, Teach-In o qTeach y adaptar de manera óptima a la resolución requerida para la aplicación. En el caso de aplicaciones con líneas de suministro largas o elevadas niveles de interferencia, se recomienda utilizar el sensor por ultrasonidos que mide la distancia con salida de corriente.


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