1. Startseite
  2. M18-Cube: Das platzsparende ifm-Gehäuse
  3. Technologie Ultraschallsensoren

Technologieübersicht

Ultraschallsensoren ermitteln alle schallreflektierenden Objekte und messen die Zeit von der Übertragung bis zum Empfang eines Schallsignals.Farbe, Transparenz und Oberflächenreflexion des Objekts spielen hierbei keine Rolle.

Vergleich von Ultraschallsensoren mit anderen positionserfassenden Produkten

Dieses Schaubild bewertet die Leistung verschiedener Technologien mit bestimmten Einflüssen.

Induktiv Kapazitiv Optisch Ultraschall
Temperatur
Feuchtigkeit
Staub auf Sensorfläche 3 4
Fremdlicht
Lärm 2
Farbe / Transparenz 11
Abstand zum Objekt
niedrig niedrig hoch hoch
Starke Luftturbulenzen

1) z.B. dünne klartransparente Folien/Gläser
2) sofern keine gegenseitige Beeinflussung
3) Sofern nichtleitend
4) Sofern nicht zu dick

Funktionsweise

Für den Betrieb liegt am Schallwandler Hochspannung an.Dadurch vibriert der Schallwandler aufgrund des piezo-elektrischen Effekts und gibt einen Schallimpuls in die Luft ab.Jetzt schaltet der Impulszeitgeber den Sensor in den Empfangsmodus und die Zeitmessung beginnt.Trifft der Schallimpuls auf das Objekt, wird ein Echo zurück zum Schallwandler reflektiert.Das Echo des Schallimpulses lässt den Schallwandler aufgrund des piezo-elektrischen Effekts vibrieren und die Zeitmessung wird gestoppt.

Der Ultraschall-Schallwandler ist gemäß der Abbildung herzustellen.

  1. Das Piezo-Element sendet und empfängt das Schallsignal (200…400 kHz Bandbreite)
  2. Durch die Montage mit Schaumstoff kann das Piezo-Element frei vibrieren
  3. Fixierung
  4. Die Ausgleichsschicht passt die akustische Impedanz zwischen der Luft und dem Piezo-Element an
  5. Ultraschallkeule

Erfassungsbereich - Reflexlichttaster

Einige Ultraschallsensoren verlassen sich ausschließlich auf das Echo vom Objekt.Sie sind als Reflexlichttaster bekannt.Die folgende Abbildung zeigt den Erfassungsbereich und den Ausgangsstatus.Der Blindbereich ist zu beachten – der für den Sensor erforderliche Mindestabstand für die Erzeugung, den Empfang und die Bewertung eines Signals.

Einsatzbereich - Reflexlichtschranken

Reflexlichtschranken werden für Objekte mit schlechter Schallreflexionsleistung wie beispielsweise Schaum, unebene Oberflächen oder für abgewinkelte Formen verwendet.Bei diesen Sensoren liegt kein Blindbereich vor; Hier ist jedoch ein Reflektor wie beispielsweise eine Metallplatte oder eine Wand erforderlich.

Schall-/Reaktionskurven

Antwortkurven sind für den Benutzer bei der Entscheidung hilfreich, ob ein bestimmter Ultraschallsensor geeignet ist, um eine spezifische Applikation zu lösen.Diese Kurven sind auf dem Produktdatenblatt enthalten und stehen in der “Info Card” zum Download vom Datenblatt bereit. Sie sind relevant für Objekte, denen sich der Sensor von der Seite nähert.

Bei Sensoren, die sich dem Sensor axial nähern (wie für einen Tankfüllstand), erkennt der Sensor das Objekt, sobald es die Einschaltkurve erreicht.

Bei Applikationen, bei denen die Schallkurve zu groß ist, sollte die Verwendung von E23000 in Betracht gezogen werden, um den Schall besser bündeln zu können.

Eine Überprüfung in der jeweiligen Anwendung kann erforderlich sein, um eine einwandfreie Funktion sicherzustellen.

Einflussfaktoren

Ultraschallsensoren werden durch Schwankungen der Lufttemperatur, des Luftdrucks und der Luftfeuchtigkeit nicht beeinträchtigt (sie verfügen über einen eingebauten Temperaturausgleich).Die Leistung kann jedoch durch andere Faktoren beeinflusst werden.

  1. Luftturbulenzen – die Schallausbreitung und damit die Messung kann durch starke Luftturbulenzen negativ beeinflusst werden.Luftturbulenzen können durch Wind, Druckluft und Kühlventilatoren verursacht werden.Der Einfluss lässt sich durch physikalische Abschirmung des Sensors / des Messabstands von der Turbulenz verringern.
  2. Objektmaterial und Oberflächenbeschaffenheit – Schallabsorbierende Materialien oder Oberflächen, die den Schall vom Empfänger abweisen, lassen sich nur schwer mit Ultraschallsensoren erfassen. Eine Einweglichtschranke ist hier möglicherweise die bessere Lösung.
  3. Objektgeschwindigkeit – Reflexlichttaster verfügen in der Regel über Schaltfrequenzen von maximal 10 Hz und eignen sich daher nicht für Hochgeschwindigkeitsanwendungen.
  4. Objektgröße – Mit Ultraschallsensoren lassen sich keine winzigen mit Lasersensoren zu erfassenden Objekte messen.Kleine Objekte lassen sich eventuell erfassen, in der Regel jedoch auf Kosten einer geringeren Tastweite.
  5. Objektausrichtung – bei Reflexlichttasteranwendungen sollten der Sensor parallel zum Objekt ausgerichtet werden. Abweichungen von max. 4° können auf glatten Oberflächen toleriert werden.
  6. Übermäßige Verschmutzung der Oberfläche – kleine Mengen von Staub und Feuchtigkeit können sich aufgrund der Vibrationen auf der Oberfläche ansammeln, die Leistung verschlechtert sich jedoch erst durch größere Mengen.
  7. Gegenseitige Beeinflussung – Ultraschallsensoren sind anfällig für gegenseitige Beeinflussung, wenn sie nahe aneinander montiert werden.Die in der Betriebsanleitung angegebenen Montageabstände sind zu beachten.