Ultrasonic sensors reliably detect or measure distance within a defined measuring range without contact, no matter which object properties and ambient conditions, e.g. presence of dust, dirt. Ultrasonic sensors emit high-frequency sound waves to measure the time elapsed until being reflected by the object and returning to the sensor. The time measured is used to calculate the distance between sensor and object on the basis of the sound wave travel speed. Ultrasonic sensors also detect presence and position of objects. The measuring range of ultrasonic sensors varies depending on the sensor variant and ambient factors; typical ranges vary between a few centimeters and several meters. Key for the measuring range are frequency and amplitude of the ultrasonic waves as well as the transmitter performance and receiver sensitivity.
Here you will encounter our ultrasonic sensors for object detection as well as all ultrasonic distance sensors and ultrasonic sensors for level measurement.
Czujniki ultradźwiękowe opierają się na pomiarze czasu przelotu sygnału ultradźwiękowego. Emitują fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości, które są odbijane przez obiekt.
W ultradźwiękowym przełączniku zbliżeniowym zastosowano specjalny przetwornik, który umożliwia selektywne nadawanie i odbieranie fal dźwiękowych. Przetwornik emituje określoną liczbę fal dźwiękowych, które są odbijane przez wykrywany obiekt. Po wyemitowaniu impulsów czujnik ultradźwiękowy przełączany jest w tryb odbioru. Czas do pojawienia się ewentualnego echa jest proporcjonalny do odległości obiektu od wyłącznika zbliżeniowego.
Wykrywanie obiektów jest możliwe tylko w zakresie pomiarowym. Odpowiednia odległość przełączania może być ustawiona przez użytkownika za pomocą potencjometru lub przyuczona za pomocą funkcji przyuczania. Jeśli w ustawionej odległości zostanie wykryty obiekt, zmienia się stan przełączenia czujnika. Wbudowana dioda LED informuje o wykryciu obiektu.
Fale dźwiękowe są dobrze odbijane przez różne powierzchnie. Wykrywane obiekty mogą być stałe, ciekłe, ziarniste lub sproszkowane. Przezroczyste obiekty i inne obiekty, które są trudne do wykrycia optycznie, są nieomylnie wykrywane za pomocą czujników ultradźwiękowych.
Wszystkie specyfikacje odnoszą się do kwadratowego, płaskiego obiektu o następujących długościach krawędzi:
Obiekt wzorcowy jest prostopadły do osi odniesienia czujnika.
Aby zapewnione było niezawodne wykrywanie obiektów, sygnał odbity musi być wystarczająco duży. Siła odbitego sygnału zależy również od wielkości obiektu. Przy zdefiniowanym obiekcie standardowym można w pełni wykorzystać zasięg detekcji Sd.
Podane na stronach danych pasma akustyczne pokazują efektywny zasięg detekcji czujników ultradźwiękowych. Pasma dźwiękowe ilustrują również wpływ pasm bocznych, które zwiększają kąt otwarcia czujników przy bliskich odległościach. Ze względu na pochłanianie dźwięku i dyfuzję w powietrzu, w większych odległościach pasma akustyczne stają się mniejsze.
Poszczególne pasma akustyczne są typowe dla całej rodziny czujników. Przykładowo, profil 100 - 1000 mm dotyczy wszystkich typów o tym zakresie detekcji, zarówno analogowych jak i cyfrowych.
Do wyznaczenia typowych pasm akustycznych stosuje się kwadratowe przedmioty wzorcowe wykonane ze stali o następujących długościach krawędzi:
Obiekty są wprowadzane z boku do obszaru detekcji pod kątem prostym do osi odniesienia czujnika i w kilku różnych odległościach. W wyniku połączenia zmierzonych w procesie punktów przełączania otrzymuje się typowe pasma akustyczne. Kształt pasm akustycznych zmienia się w przypadku zastosowania okrągłych obiektów lub innych odchyleń geometrii.
Zasadniczo czujnik odbiciowy działa na tej samej zasadzie, co ultradźwiękowy przełącznik zbliżeniowy. W przeciwieństwie do przełączników zbliżeniowych wymagają one jednak reflektora, który odbija sygnał ultradźwiękowy. Jako reflektor może posłużyć dowolny nieruchomy obiekt odbijający dźwięk (np. taśma przenośnika, ściana, itp.). Gdy tylko jakiś obiekt przerwie odcinek między czujnikiem a reflektorem, czujnik nie mogąc wykryć reflektora, zmienia sygnał na wyjściu przełączającym.
Wszystkie specyfikacje odnoszą się do kwadratowego, płaskiego obiektu o długości krawędzi 30 mm (Sde > 1000 mm: długość krawędzi 100 mm, Sde 2500 mm: długość krawędzi 300 mm), który jest prostopadły do osi odniesienia czujnika. Reflektor musi być wykonany z materiału dobrze odbijającego dźwięk o co najmniej takich samych wymiarach geometrycznych.
W przypadku ultradźwiękowych czujników barierowych, nadajnik i odbiornik znajdują się w dwóch oddzielnych obudowach. Nadajnik nieustannie emituje fale dźwiękowe, które przemieszczają się w powietrzu do odbiornika. Jeśli jakiś obiekt zakłóca fale dźwiękowe, odbiornik przełącza się przez stopień wyjściowy.
Dzięki potencjometrowi wbudowanemu w odbiornik, użytkownik może precyzyjnie dostosować wymagane wzmocnienie sygnału wejściowego do wykrywanych obiektów. Stan początkowy i siła odbieranego sygnału są sygnalizowane przez diodę LED.
Kąt otwarcia określa zasięg przestrzenny stożkowego pasma akustycznego emitowanego przez nadajnik bariery ultradźwiękowej.
Ze względu na wąski kąt otwarcia pasma akustycznego nadajnika ultradźwiękowego, powtarzalność punktu przełączania S1 dla dwóch obiektów podążających za sobą w identycznych warunkach przekracza poziom 3 mm.
Histereza określa różnicę pomiędzy punktem włączenia S1 i punktem wyłączenia S2. Jeśli obiekt pomiarowy przebije się przez stożek akustyczny, do wyraźnego zresetowania sygnału wyjściowego konieczny jest poziom sygnału wyższy o ok. 75%. Obiekty znajdujące się blisko siebie są w ten sposób jednoznacznie rozpoznawane.
W przypadku czujników do pomiaru odległości, emitowany prąd lub napięcie są proporcjonalne do odległości wykrywanego obiektu. W oparciu o metodę echa impulsowego, zmierzona wartość odległości jest wyprowadzana jako wartość napięcia. W zależności od czujnika, nachylenie krzywej wyjściowej może być zmieniane za pomocą potencjometru, Teach-In lub qTeach i optymalnie dostosowane do rozdzielczości wymaganej dla danej aplikacji. W przypadku zastosowań z długimi przewodami zasilającymi lub dużą emisją zakłóceń zaleca się stosowanie ultradźwiękowego czujnika odległości z wyjściem prądowym.
Czujniki ultradźwiękowe są uniwersalnymi czujnikami i nadają się do prawie wszystkich zadań detekcji w środowisku przemysłowym. Wykrywane obiekty mogą być stałe, ciekłe, ziarniste lub sproszkowane. Niezawodnie wykrywają obiekty zmieniające kolor, przezroczyste lub o wysokim połysku. Wydajność czujników ultradźwiękowych ujawnia się szczególnie wyraźnie w trudnych warunkach, ponieważ są one wyjątkowo odporne na zabrudzenia, a kurz, dym, mgła itp. nie wpływają negatywnie na niezawodność procesu.
Typical applications of ultrasonic sensors
Reliable detection of various carrier materials, no matter which color, whether glossy or transparent.
