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  3. Tecnologia de sensores ultrassônicos

Visão geral da tecnologia

Sensores ultrassônicos detectam todos os objetos refletores de som e medem o tempo desde a transmissão até a recepção do sinal de som. Aqui a cor, a transparência e a reflexão da superfície do objeto não importam.

Comparação de sensores ultrassônicos com outros produtos detectores de posição.

Esta tabela mostra o desempenho de diferentes tecnologias sob determinadas influências.

Indutivo Capacitivo Óptico Ultrassom
Temperatura
Umidade
Poeira sobre a superfície do sensor 3 4
Luz externa
Ruído 2
Cor/transparência 11
Distância para o objeto
baixa baixa alta alta
Alta turbulência do ar

1) p.ex. filmes plásticos/vidros finos e claros transparentes
2) se não houver influência mútua
3) se não for condutivo
4) se não for muito grossa

Modo de funcionamento

Para o funcionamento, o transdutor acústico está com alta tensão.Deste modo o transdutor acústico vibra devido ao efeito piezo elétrico e envia um impulso de som para o ar.Agora o emissor de impulso liga o sensor no modo receptor e a medição do tempo começa. Se o impulso de som chegar ao objeto, um eco é refletido de volta para o transdutor acústico.O eco do impulso de som faz o transdutor acústico vibrar devido ao efeito piezo elétrico e a medição do tempo para.

O transdutor acústico ultrassônico deve ser fabricado de acordo com a imagem.

  1. O elemento piezo emite e recebe o sinal de som (largura de banda 200…400 kHz)
  2. Devido a montagem com espuma, o elemento piezo pode vibrar livremente.
  3. Fixação
  4. A camada de nivelamento adapta-se à impedância acústica entre o ar e o elemento piezo.
  5. Cone ultrassônico

Range de detecção - Sensor de reflexão difusa

Alguns sensores ultrassônicos confiam somente no eco do objeto.Eles são conhecidos como sensores de reflexão difusa. A imagem seguinte mostra o range de detecção e o estado de saída.Deve-se atentar para a região cega, a distância mínima necessária para que o sensor gere, receba e avalie um sinal.

Área de aplicação - Barreiras fotoelétricas de reflexão

Barreiras fotoelétricas de reflexão são usadas para objetos com baixa reflexão de som como por exemplo espuma, superfícies irregulares ou formatos angulares. No caso desses sensores não há área cega. Aqui é necessário um refletor como por exemplo uma placa de metal ou uma parede.

Curvas sonoras / de resposta

Curvas de resposta ajudam o usuário a decidir se um determinado sensor é apropriado para resolver uma determinada aplicação.Estas curvas fazem parte da ficha técnica do produto e estão disponíveis na "Infocard" para download da ficha técnica. São relevantes para objetos dos quais o sensor se aproxima pelo lado.

No caso de sensores que se aproximam do sensor de maneira axial (como para um nível de tanque), o sensor detecta o objeto assim que ele alcançar a curva de comutação.

No caso de aplicações nas quais a curva de som é muito grande, deve-se considerar usar o E23000 para poder canalizar melhor o som.

Pode ser necessário testar na aplicação para garantir um funcionamento adequado.

Fatores de influência

Sensores ultrassônicos não sofrem interferência decorrentes de variações da temperatura do ar, pressão do ar e umidade do ar (eles possuem uma compensação de temperatura integrada).O desempenho também pode ser influenciado por outros fatores.

  1. Turbulências de ar: a propagação de som e desta forma, a medição, pode ser influenciada negativamente por turbulências do ar.Turbulências de ar podem ser causadas pelo vento, ar comprimido e ventiladores de refrigeração.A influência pode ser diminuída por blindagem física do sensor / da distância de medição da turbulência.
  2. Material do objeto e características da superfície: materiais que absorvem som ou superfícies que desviam o som do receptor, são difíceis de detectar com sensores ultrassônicos. Uma barreira fotoelétrica pode ser uma melhor opção.
  3. Velocidade do objeto: sensores de reflexão difusa possuem em geral frequências de comutação de no máximo 10 Hz e portanto não são adequados para aplicações de alta velocidade.
  4. Tamanho do objeto: sensores ultrassônicos não são capazes de detectar objetos muito pequenos, como os sensores laser detectam.Objetos pequenos podem ser eventualmente detectados, porém normalmente a um alcance de detecção muito pequeno.
  5. Orientação do objeto: no caso de aplicações com sensores de reflexão difusa, o sensor dever estar posicionado paralelo ao objeto. Em superfícies lisas podem ser toleradas variações de no máx. 4°.
  6. Superfícies muito sujas: vibrações podem provocar o acúmulo de pequenas quantidades de pó e umidade sobre a superfície, porém o desempenho diminui com o acúmulo de grandes quantidades.
  7. Influência mútua: sensores ultrassônicos são propensos à influência mútua quando são instalados próximos uns dos outros.Observar as distâncias de instalação especificadas no manual de operação.