Les détecteurs à ultrasons peuvent tout faire et conviennent à pratiquement tous les projets de détection en environnement industriel. Les objets à détecter peuvent être solides, liquides, granuleux ou pulvérulents. Ils détectent avec fiabilité les objets brillants, transparents ou aux couleurs changeantes. Les performances des détecteurs à ultrasons se remarquent plus particulièrement en environnement difficile, car ils sont extrêmement tolérants à la saleté et la sécurité process ne risque pas d’être entravée par la présence de poussière, de fumée et autre brouillard.
Principes de détection
La plupart des détecteurs à ultrasons reposent sur le principe de la mesure du parcours du son entre l’émission et la réception (détecteurs de proximité). Dans le cas du principe des barrières sera déterminée la distance du détecteur au réflecteur (barrière réflex) ou à un objet (barrière simple) dans la plage de mesure.
Détecteurs à ultrasons
Principe
Dans les détecteurs de proximité à ultrasons, on utilise un convertisseur spécial qui permet au choix d'émettre ou de recevoir les ondes sonores. Le convertisseur émet un certain nombre d'ondes, qui sont réfléchies par l'objet à détecter. Dès la fin de cette émission, le convertisseur est commuté sur la réception. Le temps qui s'écoule jusqu'au retour d'un éventuel écho est proportionnel à la distance entre le détecteur de proximité et l'objet.
Sortie digitale
La détection d'un objet est possible uniquement dans la zone de détection. La distance de détection peut être réglée en continu par l'utilisateur. Si un objet est détecté dans cette zone, l'état de sortie du détecteur va commuter. Une diode lumineuse (LED) indique l'état de sortie.
Détection d'objets
Les ondes sonores sont bien réfléchies par les différentes surfaces. Les objets à détecter peuvent être solides, liquides, granuleux ou poudreux. Les objets transparents ainsi que les objets difficilement détectables par voie optique sont reconnus de façon fiable par les détecteurs à ultrasons.
Objet standard
Toutes les indications se réfèrent à un objet de forme carrée et plate présentant des longueurs d’arêtes suivantes:
- 15 x 15 mm pour une portée de détection finale Sde jusqu’à 250 mm
- 30 x 30 mm pour une portée de détection finale Sde jusqu’à 1000 mm
- 100 x 100 mm pour une portée de détection finale Sde supérieure à 1000 mm
L’objet standard se trouve en position verticale par rapport à l’axe de référence du détecteur.
Dimension
Pour garantir une détection fiable d’un objet, le signal réfléchi par l’objet doit être suffisamment important. L’intensité de ce signal est également fonction de la dimension de l’objet. En présence d’un objet standard défini, la portée de détection Sd peut être utilisée complètement.
Surface
Les objets et les milieux absorbant le son, présentant une surface rugueuse ou poreuse, réfléchissent le son de façon diffuse, entraînant une réduction de la portée de détection des détecteurs à ultrasons. La portée de détection Sd peut être pleinement utilisée si la rugosité maximale de la surface de l’objet ne dépasse pas 0,2 mm.
- caoutchouc, mousse
- coton / laine / étoffe / feutre
- matériaux très poreux
Faisceaux sonores – domaines typiques de commutation
Les domaines de commutation mettent également en évidence l’influence des zones secondaires qui ont pour effet d’augmenter l’angle d’ouverture à proximité immédiate des détecteurs. A cause des phénomènes d’absorption et de diffusion des sons dans l’air, les faisceaux sonores diminuent avec les grandes distances. La dimension, la forme, la structure de la surface ainsi que le sens de progression de l’objet ont une grande influence dans le domaine de détection latérale du détecteur. Les domaines de commutation sont caractéristiques pour une famille complète de détecteurs. Ainsi, par exemple, le profil 100 - 1000 mm est valable pour tous les types présentant ce domaine de détection, aussi bien analogique que numérique.
Mode de mesure
Pour déterminer les domaines typiques de commutation des faisceaux sonores, on utilise des objets standards en acier de forme carrée présentant des longueurs d’arêtes suivantes:
- 15 x 15 mm pour une portée de détection finale Sde ≤ 250 mm
- 30 x 30 mm pour une portée de détection finale Sde ≤ 1000 mm
- 100 x 100 mm pour une portée de détection finale Sde > 1000 mm
Les objets sont disposés perpendiculairement par rapport à l’axe de référence et déplacés latéralement à l’intérieur de la zone de détection. En reliant ensuite les différents points de commutation ainsi mesurés, on obtient les zones typiques de commutation. La forme du faisceau sonore change lors de l’utilisation d’objets ronds ou présentant une géométrie divergente.
Barrières réflex à ultrasons
Principe
La barrière réflex fonctionne selon le même principe que le détecteur de proximité à ultrasons. L'écart entre le détecteur et le réflecteur ou un objet se situant à la portée de détection est déterminé par la mesure du temps de propagation. Tout objet stationnaire réfléchissant le son peut être utilisé comme réflecteur. La portée de détection Sd (distance entre le détecteur et le réflecteur) peut être adaptée aux exigences individuelles à l'aide du potentiomètre intégré. Tant que le temps de propagation du signal à ultrasons correspond à la distance entre le détecteur et le réflecteur, l'appareil reste en veille. Dès qu'un objet se trouve à la portée de détection, ce temps de propagation change et le détecteur est activé. Ce dispositif permet également la détection d'objets absorbant ou déviant le son.
Détection d’objets
Objet standard/réflecteur
Toutes les indications se réfèrent à un objet carré et plat d'une longueur d'arête de 30 mm (Sde > 1000 mm: longueur d'arête 100 mm, Sde ≥ 2500 mm: longueur d'arête 300 mm) disposé perpendiculairement par rapport à l'axe de référence du détecteur. Le réflecteur doit être d'un matériau réfléchissant bien le son et ayant au moins les mêmes dimensions géométriques.
Avantages
- Détection fiable de matières absorbant à 100% le son
- Reconnaissance sûre d'objets déviant le son
- Aucune zone aveugle devant le détecteur, avec des objets ≥ à l'objet standard
Barrières simples à ultrasons
Principe
L'émetteur et le récepteur de la barrière simple à ultrasons sont placés dans deux boîtiers séparés. L'émetteur envoi en continu des ondes au récepteur. Si un objet brise ce faisceau d'ondes, l'étage de sortie du récepteur commute. A l'aide du potentiomètre intégré au récepteur, l'utilisateur peut adapter l'intensité nécessaire du signal d'entrée aux objets à détecter. L'état de sortie et l'intensité du signal reçu sont indiqués par une diode lumineuse (LED).
Angle d'ouverture α
L'angle α définit la propagation dans l'espace du champ acoustique conique envoyé par l'émetteur de la barrière à ultrasons.
Reproductibilité
Grâce au faible angle d'ouverture du faisceau sonore de l'émetteur, la reproductibilité du point de commutation S1, pour deux objets qui se suivent dans les mêmes conditions, est inférieure à 3 mm.
Hystérésis
La différence entre le point d'enclenchement S1 et le point de déclenchement S2 est nommée hystérésis. Si un objet brise le faisceau d'ondes, le niveau du signal nécessaire, pour revenir dans l'état de sortie initial, doit être environ 75% plus élevé. Ainsi, des objets se succédant à courts intervalles sont parfaitement détectables.
Détecteurs à ultrasons pour la mesure des distances
Principe
Pour les détecteurs à ultrasons à sortie analogique, le courant ou la tension délivré est proportionnel à la distance entre l'objet à détecter et le détecteur. La distance mesurée selon la méthode des impulsions reflétées est sortie sous forme d'une tension électrique. La pente de la courbe de sortie peut être modifiée, selon le détecteur, par potentiomètre, apprentissage ou fonction q-Teach et adaptée de manière optimale à l’application.
Si de grandes longueurs de câble sont nécessaires pour l'alimentation, ou si des émissions parasites importantes peuvent se produire, on recommande l'utilisation des détecteurs à sortie an alogique en courant.
