초음파 센서 작동 원리

초음파 센서는 어떻게 작동합니까?

초음파 센서는 개체의 특성 및 먼지와 같은 환경 조건에 관계없이 접촉 없이 정의된 측정 범위 내에서 안정적으로 거리를 감지하거나 측정합니다. 초음파 센서는 고주파 음파를 방출하고 이 음파가 개체에 반사되어 센서로 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 측정된 시간은 소리가 공기를 통해 이동하는 속도를 기준으로 센서와 개체 사이의 거리를 계산하는 데 사용됩니다. 초음파 센서는 이러한 방식으로 개체의 존재와 위치도 감지합니다. 초음파 센서의 측정 범위는 모델과 환경 요인에 따라 다르며 일반적으로 몇 센티미터에서 몇 미터까지 다양합니다. 측정 범위의 중요한 요소는 초음파의 주파수와 진폭, 송신기의 출력 및 수신기의 감도입니다.

여기에서는 개체 감지용 초음파 센서뿐만 아니라 모든 초음파 거리 센서와 레벨 측정용 초음파 센서를 확인할 수 있습니다.

초음파 센서의 센서 원리 및 구조

대부분의 초음파 센서는 송신기와 수신기(근접 스위치) 사이의 통과 시간 측정 원리를 기반으로 합니다. 광전 센서 원리는 센서와 반사판(역반사 센서) 또는 측정 범위 내 물체(투과형 센서)와의 거리를 결정합니다.

Ultrasonic proximity sensors integrate transmitter and receiver in the same housing.

근접 스위치

초음파 근접 스위치는 초음파 개체 감지의 가장 단순한 유형입니다. 송신기와 수신기가 한 하우징 안에 있습니다. 초음파는 감지 대상 개체에서 직접 수신기로 반사됩니다. 티치 인 기능이 있는 초음파 센서는 간편한 버튼 누름을 통한 단순화되고 보다 다양해진 조작 가능성에 의해 전통적인 유형과 구분됩니다.

일반적인 적용 분야

거리 감지
적재 높이 측정

Ultrasonic retro-reflective sensor with reflector to reflect the ultrasonic signal.

역반사 센서

초음파 근접 스위치와 달리 초음파 반사 광배리어에는 초음파 신호를 반사하는 기준으로서 정적 리플렉터가 필요합니다. 센서와 기준 리플렉터 사이에 개체가 도달하면 신호 거리가 변경됩니다. 여기에는 예를 들어 리플렉터를 완전히 덮는 개체로 인해 측정된 거리가 더 짧거나 작은 개체를 통해 추가 에코가 발생하거나 흡수력이 강한 개체를 통해 발생한 에코 손실이 해당될 수 있습니다. 이로 인해 센서의 스위칭이 트리거됩니다.

일반적인 적용 분야

부적절하게 변현되고 비스듬하게 서 있는 개체
소리를 편향시키는 대상 개체
면과 거품 고무와 같은 흡음 재료

Ultrasonic through-beam sensors accommodate transmitter and receiver in separate housings.

일방향 배리어

초음파 단방향 배리어는 짧은 응답 시간과 높은 작동 범위를 제공합니다. 송신기와 수신기가 두 개의 별도 하우징 안에 있습니다. 송신기는 지속적으로 공기를 통해 수신자에게 도달하는 음파를 발신합니다. 개체에 의해 음파가 중단되면 수신기는 출력 단계를 변환시킵니다.

일반적인 적용 분야

빠르게 연속되는 개체의 감지
감지하기 어려운 재료로 제작된 개체 카운팅(유리 용기, 페트병)
투명한 재료 모니터링
호일 찢김 컨트롤
탱크 또는 사일로의 레벨 모니터링

추가 적용 예시

초음파 근접 스위치

작동 원리

초음파 근접 스위치에서는 선택적으로 음파의 송신 및 수신을 허용하는 특수한 음향 변환기가 사용됩니다. 이 변환기는 특정한 수의 음파를 송신하며, 이는 감지 대상 개체에서 반사됩니다. 펄스 송신 후 초음파 센서는 수신 모드로 변환됩니다. 가능한 에코가 도착할 때까지의 시간은 근접 스위치와 개체의 거리에 비례합니다.

디지털 출력

개체 감지는 측정 범위 내에서만 가능합니다. 각 스위칭 거리는 사용자가 전위차계를 사용하여 설정하거나 티치 인으로 학습시킬 수 있습니다. 개체가 설정된 거리 내에서 감지되면 센서의 스위칭 신호가 변경됩니다. 개체 감지에 관해서는 장착된 LED가 알려줍니다.

개체 감지

음파는 다양한 표면에서 잘 반사됩니다. 감지해야 할 개체는 고체나, 액체 과립, 분말일 수 있습니다. 투명하거나 기타 시각적으로 감지하기 어려운 개체는 초음파 센서로 명확하게 감지할 수 있습니다.

표준 개체

모든 정보는 엣지 길이가 다음과 같은 정사각형의 평평한 개체를 기준으로 합니다.

15 x 15mm, Sde가 250mm 이하인 경우
30 x 30mm, Sde가 1000mm 이하인 경우
100 x 100mm, Sde가 1000mm 이상인 경우

표준 개체는 센서 기준 축에 수직으로 있습니다.

크기

확실한 개체 감지를 보장하기 위해 반사되는 신호는 충분히 커야 합니다. 반사되는 신호의 강도는 개체의 크기에 따라서도 결정됩니다. 정의된 표준 개체에서는 감지 범위 Sd를 완전하게 활용할 수 있습니다.

표면

표면이 거칠거나 기공이 있는 흡음 개체 및 매체는 소리를 산란하여 반사하여 초음파 센서의 측정 범위를 감소시킵니다. 감지 범위 Sd는 개체 표면의 최대 거칠기가 0,2mm를 초과하지 않을 때 완전하게 활용될 수 있습니다.

일반적인 흡음 개체:

거품 고무
면 / 모직 / 직물 / 펠트
심한 다공성 재료

전형적인 소리빔

데이터 페이지에 기재된 소리빔은 초음파 센서의 유효 감지 범위를 보여줍니다. 소리빔은 또한 근접 영역에서 센서의 개도각을 확대하는 사이드 로브의 영향을 명확히 합니다. 공기 중 소리 산란과 흡수로 인해 소리빔은 거리가 클 때 더 작습니다.

소리빔은 전체 센서 제품군 각각에 대해 전형적입니다. 100 - 1000mm 프로필은 예를 들면 이 감지 범위를 가지는 모든 유형에 적용됩니다. 아날로그와 디지털.

Typical sonic lobe of an ultrasonic sensor with measuring distance of up to 1000 mm.

측정 방식

How to determine the sonic lobe of an ultrasonic?

일반적인 소리빔의 측정에는 다음과 같은 엣지 길이를 가진 정사각형 표준 개체가 사용됩니다.

15 x 15mm, Sde 250mm인 경우
30 x 30mm, Sde 1000mm인 경우
100 x 100mm, Sde가 1000mm 이상인 경우

개체는 센서의 기준 축에 대해 직각으로 여러 거리에서 감지 영역에 측면으로 진입합니다. 이때 측정된 측정 포인트의 연결을 통해 일반적인 소리빔이 생성됩니다. 소리빔의 형태는 원형 개체 또는 기타 다른 형상을 사용하는 경우 변경됩니다.

초음파 역반사 센서

작동 원리

기본적으로 반사 배리어는 초음파 근접 스위치와 동일한 원리에 의해 작동합니다. 초음파 근접 스위치와 달리 여기에서는 초음파 신호를 반사하는 리플렉터가 필요합니다. 이때 소리를 반사하는 정적 개체 모두는 리플렉터로 사용할 수 있습니다(예: 컨베이어 벨트, 벽 등). 개체가 센서와 리플렉터 사이에 끼어들면 센서는 리플렉터를 더 이상 감지하지 않고 스위칭 출력의 신호가 변경됩니다.

개체 감지

표준 개체/리플렉터

모든 정보는 센서의 기준 축에 수직인 엣지 길이가 30mm(Sde> 1000mm: 엣지 길이 100mm, Sde 2500mm: 엣지 길이 300mm)인 정사각형의 평평한 개체를 기준으로 합니다. 리플렉터는 적어도 기하학적 치수가 동일한 소리를 잘 반사하는 재료로 제조되어야 합니다.

Reliable object detection at close range of an ultrasonic retro-reflective sensor.

근거리에 있는 개체

확실한 감지를 위해 사운드 콘은 에코가 리플렉터에서 반사될 수 없도록 완전하게 덮여 있어야 합니다.

In the measuring range of the ultrasonic retro-reflective sensor, the reflected signal must be strong enough.

나머지 작동 영역에 있는 개체

확실한 개체 감지를 보장하기 위해 반사되는 신호는 충분히 커야 합니다. 반사되는 신호의 강도는 개체의 크기에 따라 결정됩니다. 정의된 표준 개체에서는 측정 거리 Sd를 완전하게 활용할 수 있습니다.

장점

최대 100%까지 흡음하는 재료의 문제 없는 감지
소리를 편향하는 개체 역시 확실하게 감지
표준 개체와 같거나 더 큰 개체에서는 센서 앞에 사각지대 없음

Benefits of ultrasonic retro-reflective sensors.

초음파 일방향 배리어

작동 원리

초음파 일방향 배리어의 경우 송신기와 수신기가 두 개의 별도 하우징 안에 있습니다. 송신기는 지속적으로 공기를 통해 수신자에게 도달하는 음파를 발신합니다. 개체에 의해 음파가 중단되면 수신기는 출력 단계를 변환시킵니다.

수신기에 장착된 전위차계로 사용자는 입력 신호에 필요한 강도를 감지 대상 개체에 정확하게 맞춰 조정할 수 있습니다. 출력 상태 및 수신 신호 강도는 LED로 표시됩니다.

개도각

개도각 는 초음파 배리어의 송신기에서 방출되는 원추형 소리빔의 공간적 범위를 정의합니다.

반복 정확성

초음파 송신기 소리빔의 좁은 개도각으로 인해 동일한 조건 하에서 연이은 개체 두 개에 대한 스위칭 포인트 S1의 반복 정확도는 3mm보다 좋습니다.

히스테리시스

히스테리시스는 스위치 ON 포인트 S1과 스위치 OFF 포인트 S2 사이의 차이를 정의합니다. 측정 개체가 사운드 콘을 벗어나는 경우 출력 신호의 명확한 재설성을 위해 약 75% 높은 신호 레벨이 필요합니다. 서로 밀접한 대상은 매우 명확하게 감지됩니다.

Importance of hysteresis utilized by ultrasonic through-beam sensors.

초음파 거리 센서

작동 원리

Function and measuring range of ultrasonic distance sensors.

거리 측정 센서의 경우 출력 전류 또는 출력 전압은 감지 대상 개체의 거리에 비례합니다. 펄스 에코 방식에 기반하여 측정된 거리 값은 전압 값으로 출력됩니다. 거리 측정 센서의 경우 출력 전류 또는 출력 전압은 감지 대상 개체의 거리에 비례합니다. 출력 곡선의 기울기는 센서에 따라 전위차계나 티치 인, qTeach로 변경하고 각 적용 분야에 필요한 분해능에 최적으로 조정됩니다. 공급 라인이 길거나 간섭 수준이 높은 적용 분야의 경우 전류 출력이 있는 거리 측정 초음파 센서를 사용하는 것이 좋습니다.

초음파 센서는 어디에 사용됩니까?

초음파 센서는 센서 중 만능이며 산업 환경의 거의 모든 검출 작업에 적합합니다. 감지해야 할 개체는 고체나, 액체 과립, 분말일 수 있습니다. 이 센서는 색상이 변하거나 투명하거나 고광택인 개체를 신뢰할 수 있게 감지합니다. 특히 열악한 한경에서 초음파 센서의 작동 성능은 명확해집니다. 이 센서는 오염에 대한 내성이 강하며 공정 안전성이 먼지, 연기, 안개 등에 의해 저하되지 않기 때문입니다.

초음파 센서는 광범위한 적용 가능성을 통해 포장 기술, 전자 산업 및 공급 기술 등 다양한 산업에서 사용됩니다. 초음파 센서의 추가 적용 예시와 특정 사용 분야에서의 장점은 여기에서 확인할 수 있습니다.

초음파 센서의 일반적인 사용 분야