Question 1

Funcionalidade do sensor ultrassônico

Accepted Answer

Esquema de funcionamento de um sensor ultrassônico

transdutor acústico
Oscilador (estimula o transdutor acústico)
Amplificador
Amplificador
comparador (digitaliza o sinal)
emissor de impulso

No modo de operação, é aplicada uma tensão ao transdutor. Devido ao efeito piezo-elétrico, o transdutor é estimulado para vibrar e gerar um pulso sonoro. 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 e devido ao efeito piezoelétrico, uma tensão é criada e a medição do tempo para. O tempo medido e a velocidade do som podem então ser usados para determinar a distância do objeto.

A distância para o objeto é calculada com a medição do tempo pela seguinte equação:

d = c * t / 2
d = distância (m)
c = velocidade do som [m/s]
t = tempo (s)

Question 2

Estrutura de um transdutor ultrassônico

Accepted Answer

O elemento piezo emite e recebe o sinal de som (largura de banda 40…300 kHz)
Devido à integração com espuma, o elemento piezo pode vibrar livremente.
Fixação
A camada de nivelamento adapta-se à impedância acústica entre o ar e o elemento piezo.
Onda sonora

Question 3

Quando devo usar um sensor ultrassônico de reflexão difusa?

Accepted Answer

Todas as direções lineares de movimento ( x,y,z ) são possíveis. Deve-se evitar rotações do eixo de mais de 4 graus.

Os sensores de reflexão difusa avaliam a onda sonora refletida pelo objeto por meio da medição do tempo, e determinam assim a distância até o objeto. A imagem mostra a faixa de detecção e o comportamento de comutação do sensor. Como o transdutor atua tanto como transmissor e receptor e requer um tempo de comutação correspondente, há uma distância mínima, a zona cega, na qual não é possível avaliar o sinal.

Question 4

Quando devo usar um sensor ultrassônico retro-reflexivo?

Accepted Answer

Com um sensor retro-reflexivo, o som emitido é devolvido por um refletor definido, como por exemplo, uma parede ou uma placa metálica. Um objeto é detectado assim que interrompe o sinal refletido. Isto torna as sensores ultrassônicos retro-reflexivos adequados para objetos com características ruins de reflexão sonora, tais como espuma, objetos com superfícies irregulares ou formas angulares. Como este tipo de sensor apenas avalia se um eco é recebido, esses sensores não possuem áreas cegas.

Question 5

Quais informações as curvas de resposta fornecem sobre um sensor ultrassônico?

Accepted Answer

Curvas de resposta ajudam o usuário a decidir se um determinado sensor é apropriado para resolver uma determinada aplicação. Estas curvas estão incluídas na ficha técnica do produto. Uma descrição detalhada pode ser encontrada no documento. As Informações básicas para a montagem e operação estão disponíveis na página do produto na seção "Downloads".

Distância: no eixo X, alcance de detecção. No eixo Y, largura do cone de som.
Faixa de detecção: caso a metade do alvo padrão esteja dentro da faixa de detecção.
Curva de comutação: curva de aproximação: a curva descreve o ponto comutação quando a borda do alvo padrão se aproxima lateralmente
Alvo: o tamanho do alvo depende do alcance máximo do sensor. Consulte a ficha técnica.
50% do alvo está na faixa de detecção
Ponto de comutação

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

Se curva de som for muito grande para as exigências de uma aplicação, deve-se considerar usar um tubo de som para poder canalizar melhor o som.

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

Question 6

Que influências podem afetar o comportamento de medição dos sensores ultrassônicos?

Accepted Answer

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.

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.
Material do objeto e características da superfície: materiais que absorvem som ou superfícies que desviam o som do sensor, são difíceis de detectar com sensores ultrassônico de reflexão difusa. Um sensor ultrassônico retro-reflexivo pode ser uma melhor opção.
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.
Tamanho do objeto: os objetos devem ter um tamanho mínimo para serem detectados de forma confiável. Quanto menor for um objeto, menor será o alcance de detecção no qual ele pode ser detectado de forma confiável pelo sensor ultrassônico.
Orientação do objeto: no caso de aplicações com sensor fotoelétrico difuso, o sensor dever estar posicionado paralelamente ao objeto. Em superfícies lisas podem ser toleradas rotações de até 4 graus.
Superfícies muito sujas: pequenas quantidades de poeira e umidade são removidas da superfície devido à oscilação do transdutor acústico. O desempenho só piora quando há um acúmulo excessivo na superfície de medição.
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.

	Ultrassom	Indutivo	Óptico
Grande alcance até o objeto
Independentemente da cor / transparência			¹
Independente do material
Variações de temperatura
Depósitos no sensor	²	³
Resistência à luz externa
Alta umidade ambiente

Muitos pontos fortes, poucas limitações: explicação da tecnologia ultrassônica

Comparação de sensores ultrassônicos com outras soluções para a detecção de posição

Funcionalidade do sensor ultrassônico