- M18-Cube: Obudowa ifm oszczędzająca miejsce
- Technologia czujników ultradźwiękowych
Przegląd technologii
Czujniki ultradźwiękowe wykrywają wszystkie przedmioty odbijające dźwięk i mierzą czas od wysłania do odbioru sygnału dźwiękowego.Kolor, przezroczystość i refleksyjność obiektu nie mają znaczenia.
Porównanie czujników ultradźwiękowych z innymi produktami do pomiaru położenia
W tym zestawieniu oceniono wydajność różnych technologii z pewnymi wpływami.
| Czujniki indukcyjne | Sonda pojemnościowa | Fotoelektryczny | Ultradźwiękowe | |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura |  |
|
|
|
| Wilgotność | |
 |
 |
|
| Pył na powierzchni czujnika | 3 |
|
|
4 |
| Światło zewnętrzne | |
|
|
|
| Hałas | |
|
|
2 |
| Kolor/przezroczystość | |
|
1 |
|
| Odległość od odbiektu |
(low) | (low) | wysoka | wysoka |
| Silne turbulencje powietrza | |
|
|
|
1) np. cienka, przezroczysta folia/szkło
2) w przypadku braku wzajemnych zakłóceń
3) w przypadku braku przewodności
4) jeśli grubość nie jest za duża
Zasada działania
W czasie pracy na przetwornik działa wysokie napięcie.Wywołuje to drgania przetwornika z powodu efektu piezoelektrycznego i wysyła impuls dźwięku w powietrze. W tym momencie generator impulsów zegarowych przełącza czujnik w tryb odbioru i rozpoczyna się pomiar czasu.Kiedy impuls dźwięku uderzy w cel, echo wraca do przetwornika.Echo impulsu dźwiękowego wywołuje drgania przetwornika z powodu efektu piezoelektrycznego i pomiar czasu zostaje zatrzymany.
Przetwornik ultradźwiękowy jest skonstruowany w sposób pokazany na tej ilustracji.
- Piezoelement nadaje i odbiera dźwięk (zakres 200...400 kHz)
- Montaż ze zintegrowaną pianką umożliwia swobodne drgania elementu piezoelektrycznego
- Mocowanie
- Warstwa adaptacyjna dopasowuje impedancję akustyczną pomiędzy powietrzem a elementem piezoelektrycznym
- Fale dźwiękowe
Strefa wykrywania – dyfuzyjne czujniki ultradźwiękowe
Niektóre czujniki ultradźwiękowe polegają wyłącznie na echu odbitym przez cel.Są one znane jako czujniki dyfuzyjne.Poniższa ilustracja przedstawia strefę wykrywania i stan wyjścia.Proszę zwrócić uwagę na martwe pole – minimalną odległość wymaganą do wygenerowania, odbioru i oceny sygnału przez czujnik.
Obszar zastosowania – czujniki ultradźwiękowe retro-refleksyjne
Czujniki retro-refleksyjne są stosowane do przedmiotów o słabym współczynniku odbicia dźwięku, takich jak pianka, poszarpane powierzchnie i kształty o nieregularnych kątach.W przypadku tych czujników nie ma martwego pola, jednak wymagany jest odbłyśnik, taki jak płyta metalowa lub ściana.
Krzywe dźwięku / odpowiedzi
Krzywe odpowiedzi pomagają użytkownikowi określić, czy dany czujnik ultradźwiękowy nadaje się do konkretnego zastosowania.Krzywe te są przedstawione w karcie produktu oraz w karcie informacyjnej dostępnej do pobrania ze strony produktu. Są one ważne dla obiektów zbliżających się do czujnika z boku.
W przypadku obiektów zbliżających się do czujnika osiowo (jak w przypadku pomiaru poziomu w zbiorniku), czujnik wykrywa obiekt, gdy tylko osiągnie krzywą włączenia.
W przypadku zastosowań, w których krzywa dźwięku jest zbyt szeroka, należy rozważyć wykorzystanie tuby E23000,aby lepiej skupić dźwięk.
W celu zapewnienia właściwego funkcjonowania może być konieczne przeprowadzenie testów aplikacji.
Oddziałujące czynniki
Na czujniki ultradźwiękowe nie mają wpływu zmiany temperatury powietrza (mają wbudowaną kompensację temperatury), jego ciśnienia i wilgotności. Jednakże inne czynniki mogą mieć wpływ na działanie.
- Turbulencje powietrza – silne turbulencje powietrza mogą negatywnie wpływać na propagację dźwięku, a w konsekwencji na pomiar.Źródła turbulencji powietrza to wiatr, sprężone powietrze i wentylatory chłodzące.Wpływ ten można zminimalizować przez fizyczne osłonięcie czujnika / strefy pomiarowej od turbulencji.
- Materiał obiektu i charakterystyka powierzchni – materiały pochłaniające dźwięk lub powierzchnie odchylające dźwięk od osi odbiornika są trudne do wykrycia za pomocą czujników ultradźwiękowych. Rozwiązanie z przechodzącą wiązką fotoelektryczną może być lepsze.
- Prędkość docelowa – dyfuzyjne czujniki ultradźwiękowe mają zwykle częstotliwość przełączania 10 Hz lub niższą i nie są przydatne w szybkich zastosowaniach.
- Rozmiar obiektu – czujniki ultradźwiękowe nie są w stanie wykryć małych obiektów wykrywanych zazwyczaj za pomocą czujników laserowych.Małe obiekty mogą być wykrywane, ale zazwyczaj kosztem zmniejszonego zasięgu.
- Orientacja obiektu – w przypadku zastosowań dyfuzyjnych czujników ultradźwiękowych, czoło czujnika powinno być równoległe do obiektu. Odchylenia do 4° mogą być tolerowane na gładkich powierzchniach.
- Nadmierne zabrudzenie powierzchni – niewielkie ilości kurzu i wilgoci mogą zostać zrzucone przez wibracje powierzchni, ale duże ilości mogą pogorszyć działanie.
- Przesłuchy – czujniki ultradźwiękowe są podatne na przesłuchy, jeśli są zamontowane zbyt blisko siebie.Należy przestrzegać odległości montażowych podanych w instrukcji montażu.