Czujniki ultradźwiękowe wykrywają lub mierzą odległości w określonym zakresie pomiarowym bezdotykowo i niezawodnie, niezależnie od właściwości obiektu i warunków otoczenia, takich jak kurz, brud lub inne zanieczyszczenia. Czujnik ultradźwiękowy emituje fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości i mierzy czas odbicia tych fal od obiektu i ich powrotu do czujnika. Zmierzony czas jest następnie wykorzystywany do obliczenia odległości między czujnikiem a obiektem na podstawie prędkości, z jaką dźwięk przemieszcza się w powietrzu. Czujniki ultradźwiękowe wykrywają w ten sposób także obecność i pozycję obiektów. Zakres pomiarowy czujników ultradźwiękowych różni się w zależności od modelu i warunków otoczenia i mieści się zazwyczaj w zakresie od kilku centymetrów do kilku metrów. Ważnymi czynnikami wpływającymi na zakres pomiarowy są częstotliwość i amplituda fal ultradźwiękowych, a także moc nadajnika i czułość odbiornika.
Tutaj znajdziesz wszystkie nasze czujniki ultradźwiękowe do wykrywania obiektów, a także wszystkie ultradźwiękowe czujniki odległości i czujniki ultradźwiękowe do pomiaru poziomu.
Większość czujników ultradźwiękowych opiera się na zasadzie pomiaru czasu przejścia między nadajnikiem a odbiornikiem (przełącznikiem zbliżeniowym). Zasada działania czujnika fotoelektrycznego określa odległość czujnika od reflektora (czujnik odblaskowy) lub od obiektu (czujnik przelotowy) w zakresie pomiarowym.
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.
Obiekty pochłaniające dźwięk oraz media o chropowatych lub porowatych powierzchniach odbijają dźwięk rozproszony i tym samym zmniejszają zasięg pomiarowy czujników ultradźwiękowych. Zasięg detekcji Sd może być w pełni wykorzystany, jeżeli maksymalna chropowatość powierzchni obiektu nie przekracza 0,2 mm.
Typowe obiekty pochłaniające dźwięk to :
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.
Ze względu na szeroki zakres możliwości zastosowania, czujniki ultradźwiękowe są wykorzystywane w różnych branżach, takich jak technologia pakowania, przemysł elektroniczny i technologia podajników. Inne przykładowe zastosowania czujników ultradźwiękowych i ich zalety w konkretnym zastosowaniu są podane tutaj.
Typowe zastosowania czujników ultradźwiękowych
