Question 1

Принцип на работа на ултразвукови сензори

Accepted Answer

Функционална схема на ултразвуков сензор

Преобразувател
Осцилатор (възбужда преобразувателя)
Усилвател
Усилвател
Компаратор (цифровизира сигнала)
Тактов импулсен генератор

В работно състояние в акустичния преобразувател има напрежение. Поради пиезоелектричния ефект преобразувателят се възбужда и започва да трепти и генерира звуков взрив.серия от звукови импулси. В този момент генераторът на тактовите импулси превключва сензора в режим на приемане и измерването на времето започва. Когато серията звукови импулси попадне в целта, ехото се отразява и се връща обратно в сензора. Ехото на серията звукови импулси кара преобразувателя да вибрира поради пиезо-електричния ефект и измерването на времето спира. Въз основа на измереното време и скоростта на звука може да се определи разстоянието до целта.

Разстоянието до целта се изчислява чрез измерване на времето с помощта на уравнението:

d = c * t / 2
, където d = разстояние (m)
c = скорост на звука [m/s]
t = време (s)

Question 2

Конструкция на ултразвуков преобразувател

Accepted Answer

Пиезоелементът изпраща и приема звук (в диапазона 40… 300 kHz)
Монтирането с интегриран пиезо-елемент позволява да свободно вибриране
Захващащо приспособление
Адаптиращ слой съгласува звуковия импеданс между въздуха и пиезоелемента
Звукова вълна

Question 3

Кога да използвам ултразвуков сензор с дифузен режим?

Accepted Answer

Възможни са всички линейни посоки на движение (x, y, z). Избягвайте въртене на оста повече от 4°.

Дифузно-рефлекторните сензори оценяват звуковата вълна, отразена от обекта чрез измерване на времето, за да определят разстоянието до обекта. Фигурата показва диапазона на откриване и поведението на превключване на сензора. Фактът, че преобразувателите работят едновременно като излъчватели и приемници и се нуждаят от време за превключване, води до минимално разстояние, наречено сляпа зона, в която сигналът не може да бъде оценен.

Question 4

Кога да използвам ултразвуков сензор с ретро-рефлекторен режим?

Accepted Answer

При ретро-рефлективните сензори излъченият звук се връща от определен рефлектор, например стена или метална плоча. Обектът се регистрира, когато отразеният сигнал бъде прекъснат. Ултразвуковите сензори с ретро-рефлекторен режим се използват за обекти с лоши характеристики на отразяване на звука, като пяна, назъбени повърхности и за ъглови форми. Тъй като те оценяват само дали е получено ехо, при тези сензори няма сляпа зона.

Question 5

Каква информация предоставят кривите на реакция за ултразвуковия сензор?

Accepted Answer

Кривите на реакция помагат на потребителя да определи пригодността на даден ултразвуков сензор за решаване на конкретно приложение. Тези криви са показани в спецификацията на продукта. Подробно описание може да се намери в документа „Обща информация за монтаж и експлоатация“ на страницата на продукта в раздела „Изтегляния“.

Разстояние: По ос x, диапазон на регистриране. По ос y, ширина на звуковия лъч.
Зона на регистриране: Ако половината от стандартната цел е в зоната на регистриране.
Крива на включване: Кривата описва точката на включване, когато ръбът на стандартната цел се приближава странично.
Цел: Размерът на целта зависи от максималния диапазон на сензора. Вижте спецификацията.
50% от целта е в зоната на регистриране
Точка на превключване

За цели, които се приближават към сензора аксиално (както в приложението за ниво на напълване на резервоари), сензорът ще открие целта веднага щом тя достигне кривата на включване.

За приложения, при които звуковата крива е прекалено голяма, помислете за използване на звукова тръба за по-добро фокусиране на звука.

За да се гарантира правилното действие, може да се окаже необходимо изпитване за конкретното приложение.

Question 6

Какви фактори могат да повлияят на работата на ултразвуковите сензори?

Accepted Answer

Ултразвуковите сензори не се влияят от промените в температурата на въздуха (те имат вградена температурна компенсация), въздушното налягане и влажността. Други фактори обаче могат да повлияят на тяхната работа.

Въздушна турбуленция – силната турбуленция на въздуха може да повлияе отрицателно на разпространението на звука и съответно на измерването. Източниците на въздушна турбуленция включват вятър, сгъстен въздух и охлаждащи вентилатори. Влиянието може да бъде сведено до минимум чрез физическо екраниране на сензора/измерване на разстоянието от турбуленцията.
Целеви материал и характеристики на повърхността – материали, които поглъщат звука, или повърхности, които отклоняват звука настрани от сензора, са трудни за регистриране с ултразвукови сензори с дифузен режим. Тук най-доброто решение може да е ултразвуков сензор с ретро-рефлективен режим.
Целева скорост– ултразвуковите сензори с дифузен режим обикновено са с честота на превключване 10 Hz или по-малко и не са полезни за високоскоростни приложения.
Размер на целта – целите трябва да отговарят на изискванията за минимален размер, за да бъдат надеждно регистрирани. Колкото по-малка е целта, толкова по-малък е диапазонът на регистриране, при който тя може да бъде надеждно открита от ултразвуковия сензор.
Ориентация на обектите – за дифузни ултразвукови приложения челото на сензора трябва да бъда паралелно на обекта. За гладки повърхности се допускат отклонения до 4градуса.
Замърсяване на лицевата повърхност – малки количества прах и влага могат да се отстранят от вибрациите на преобразувателя, но големи количества ще влошат работните характеристики.
Взаимно смущения – ултразвуковите сензори са склонни към взаимно смущения, ако са монтирани твърде близо един до друг. Спазвайте монтажните разстояния, посочени в инструкциите за експлоатация.

	Ултразвукови	Индуктивни	Фотоелектрични
Голямо разстояние до обекта
Независимо от цвета/прозрачността			¹
Независимо от материала
Температурни колебания
Отлагания върху сензора	²	³
Защита от светлинни смущения
Висока околна влажност

Много силни страни, малко ограничения: Как работи ултразвуковата технология

Сравнение на ултразвуковите сензори с другите продукти за регистриране на позиция

Принцип на работа на ултразвукови сензори