Funcionamento e tecnologia de sensores ultrassônicos

Os sensores ultrassônicos medem distâncias dentro de uma faixa de medição definida sem contato e de forma confiável, independentemente das propriedades do objeto e das condições ambientais, como poeira. Para fazer isso, um sensor ultrassônico emite ondas sonoras de alta frequência e mede o tempo que leva para essas ondas serem refletidas por um objeto e retornarem ao sensor (princípio time-of-flight). A distância entre o sensor e o objeto é então calculada a partir do tempo medido usando a velocidade de propagação do som. Dessa forma, os sensores ultrassônicos podem detectar com precisão a presença e a posição dos objetos.

Aqui você encontrará todos os nossos sensores ultrassônicos para detecção de objetos, bem como todos os sensores de distância ultrassônicos e sensores de nível ultrassônicos.

Medição de distância

A distância é medida por captar e calcular o tempo entre a emissão e a recepção das ondas ultrassônicas. Calcular la distância usa a seguinte fórmula:

Distância L = (T x C)/2

Nessa fórmula, L é a distância, T é o tempo entre a emissão e a recepção das ondas ultrassônicas e C é a velocidade do som. Para obter a distância até o objeto, o valor obtido deve ser dividido por 2, pois T é o tempo total exigido pelas ondas ultrassônicas de ida e volta.

Modo de funcionamento

No sensor de proximidade ultrassônico é utilizado um transdutor de som especial, que permite que o envio e a recepção opcionais das ondas sonoras. O transdutor envia um certo número de ondas sonoras, que são refletidas pelo objeto a ser detectado. Após o envio do impulso, o sensor ultrassônico é comutado para o modo de recepção. 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 detecção de objetos dentro da área de medição. A respectiva distância de comutação pode ser definida pelo utilizador com um potenciômetro ou aprendida através da programação. Se um objeto for detectado dentro da distância definida, o estado de comutação do sensor muda. Um LED integrado informa sobre a detecção de um objeto.

Detecção de objeto

As ondas sonoras são bem refletidas em várias superfícies. Os objetos a serem detectados podem ser sólidos, líquidos, granulares ou pulverulentos. Objetos transparentes e outros oticamente difíceis de detectar são claramente detectados com sensores ultrassônicos.

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 detecção confiável 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 detecção 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 ultrassônicos. A área de detecção 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 detecção efetiva dos sensores ultrassônicos. 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 detecção; 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 detecção 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.

Modo de funcionamento

Basicamente, a barreira de reflexão funciona no mesmo princípio que o sensor de proximidade ultrassônico. Em contraste com os sensores de proximidade, no entanto, elas exigem um refletor que reflita o sinal ultrassônico. 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 detectar o refletor e altera o sinal na saída de comutação.

Detecção 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

• Detecção sem problemas de até 100% de materiais com absorção de som
• Detecção confiável de objetos de deflexão de som
• Nenhuma área cega à frente do sensor para objetos que são ≥ ao objeto padrão

Modo de funcionamento

Nas barreiras ultrassônicos unidirecionais, o transmissor e o receptor estão alojados em dois compartimentos separados. O transmissor emite continuamente ondas sonoras que chegam ao receptor pelo ar. Se um objeto interromper as ondas sonoras, o receptor muda para o estágio de saída.

Com o potenciômetro integrado no receptor, o utilizador pode ajustar a amplificação necessária do sinal de entrada precisamente para os objetos a serem detectados. 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 cônico emitido pelo transmissor da barreira ultrassônico.

Exatidão de repetição

Devido ao estreito ângulo de abertura do feixe de som do transmissor ultrassônico, 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 detectados.

Os sensores ultrassônicos são os mais versáteis entre os sensores e são adequados para quase todas as tarefas de detecção em ambientes industriais. Os objetos a serem detectados 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 ultrassônicos é particularmente evidente em ambientes hostis, pois eles são extremamente tolerantes à sujidade e a confiabilidade do processo não é prejudicada por poeira, fumo, névoa ou semelhantes.

Devido à ampla gama de aplicações possíveis, os sensores ultrassônicos são usados em vários setores, como a tecnologia de embalagem, o setor de eletrônicos e a tecnologia de alimentação. Outros exemplos de aplicação de sensores ultrassônicos e suas vantagens em aplicações específicas podem ser encontrados aqui.

Para obter resultados ideais na operação paralela de vários sensores ultrassônicos, considere o seguinte para evitar erros de detecção por interferência mútua:

• Disposição espacial: Posicione os sensores a uma distância suficiente uns dos outros e em ângulos diferentes; se necessário, use paredes de separação ou material de absorção de som entre os sensores para minimizar a interferência direta.
• Sistema eletrônico e software: Aplicar algoritmos avançados para processamento de sinais e atribuir a cada sensor um código de identificação inequívoco para filtrar a interferência e garantir que o sistema responderá aos dados do sensor pretendido.
• Sincronização e relógio: Implemente intervalos de tempo ou acionamento sincronizado para fazer com que cada sensor transmita e receba dados em um intervalo de tempo especificado para evitar a sobreposição de sinais.