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  3. Technologie des détecteurs à ultrasons

Aperçu de la technologie

Les détecteurs à ultrasons détectent tous les objets réfléchissant le son et mesurent la durée entre l'émission et la réception d'un signal acoustique sans que la couleur, la transparence et la brillance de l'objet ne jouent un rôle.

Comparaison des détecteurs à ultrasons aux autres produits de détection de position

Ce graphique illustre la performance de différentes technologies sous certaines influences.

Détection inductive Détection capacitive Détection optoélectronique Détection à ultrasons
Température
Humidité
Poussière sur la face active 3 4
Lumière parasite
Bruit 2
Couleur / transparence 11
Distance à l'objet
Petite Petite Grande Grande
Fortes turbulences de l'air

1) par ex. films/verres fins transparents
2) en l'absence d'influences réciproques
3) si non conductrice
4) si pas trop épaisse

Principe de fonctionnement

Pour le fonctionnement, une haute tension est appliquée au transducteur ultrasonore. L'effet piezo-électrique le fait vibrer et il délivre une impulsion sonore dans l'air. À ce moment, le temporisateur d'impulsions commute le détecteur en mode de réception et la mesure de la durée commence. Si l'impulsion sonore atteint l'objet, un écho est renvoyé au transducteur ultrasonore. L'écho de l'impulsion sonore le fait vibrer en raison de l'effet piezo-électrique et la mesure de la durée est stoppée.

Le transducteur ultrasonore du détecteur à ultrasons doit être installé selon l'illustration.

  1. L'élément piezo émet et reçoit le signal sonore (bande passante de 200…400 kHz)
  2. Grâce au montage sur mousse, l'élément piezo peut librement vibrer
  3. Fixation
  4. La couche d'égalisation adapte l'impédance acoustique entre l'air et l'élément piezo
  5. Lobe ultrasonore

Zone de détection - Détecteur réflexion directe

Certains détecteurs à ultrasons se fient exclusivement à l'écho renvoyé par l'objet. Ils sont appelés détecteurs réflexion directe. L'illustration ci-après montre la zone de détection et l'état de la sortie. Il convient de tenir compte de la zone morte – la distance minimale nécessaire au détecteur pour l'émission, la réception et l'évaluation d'un signal.

Zone de détection - Détecteurs reflex

Les détecteurs reflex sont utilisés pour les objets réfléchissant mal le son, comme par exemple la mousse et les surfaces inégales, ou encore pour les formes incurvées. Ces détecteurs ne présentent pas de zone morte ; Ici, un réflecteur est toutefois nécessaire, comme par exemple une plaque métallique ou un mur.

Courbes de son / de réponse

Les courbes de réponse aident l'utilisateur à décider si un certain détecteur à ultrasons convient à une utilisation spécifique. Ces courbes sont indiquées dans la fiche technique du produit et sont disponibles dans l'Info Card du téléchargement de la fiche technique. Elles sont pertinentes pour les objets desquels le détecteur s'approche par le côté.

Les détecteurs qui s'approchent suivant leur axe (comme pour un niveau de cuve) détectent l'objet dès qu'il atteint la courbe d'enclenchement.

Pour les applications où la courbe d'enclenchement est trop grande, il faut considérer l'utilisation de l'E23000 pour mieux pouvoir concentrer le son.

Un contrôle dans l'application concernée peut s'avérer nécessaire pour assurer un bon fonctionnement.

Facteurs d’influence

Les détecteurs à ultrasons ne sont pas influencés par les variations de la température de l'air, de la pression de l'air et de l'humidité de l'air (ils disposent d'une compensation de température intégrée). Leur performance peut toutefois être influencée par d'autres facteurs.

  1. Turbulences de l'air – la diffusion du son et donc la mesure peuvent être négativement influencées par de fortes turbulences de l'air. Les turbulences de l'air peuvent être générée par du vent, de l'air comprimé ou des ventilateurs de refroidissement. L'influence peut être réduite par un blindage physique du détecteur / la distance de mesure par rapport à la turbulence.
  2. Matériau de l'objet et caractéristiques de la surface – les matériaux absorbant le son ou les surfaces qui renvoient le son du récepteur sont difficiles à détecter par les détecteurs à ultrasons. Un barrage optoélectronique est ici probablement la meilleure solution.
  3. Vitesse de l'objet – les détecteurs réflexion directe disposent généralement de fréquences de commutation d'un maximum de 10 Hz et ne conviennent donc pas aux applications à haute vitesse.
  4. Taille de l’objet – avec les détecteurs à ultrasons, il n'est pas possible de détecter de petits objets détectables au moyen de détecteurs laser. Les petits objets peuvent éventuellement être détectés, mais généralement au prix d'une portée plus limitée.
  5. Orientation de l'objet – pour les applications de détecteur réflexion directe, celui-ci doit être orienté parallèlement à l'objet. Des déviations de 4° au maximum peuvent être tolérées sur les surfaces lisses.
  6. Souillure excessive de la surface – de petites quantités de poussières et d'humidité peuvent s'accumuler sur la surface en raison des vibrations, la performance ne se dégrade toutefois qu'en cas de quantités plus importantes.
  7. Influences mutuelles – les détecteurs à ultrasons sont sensibles aux influences réciproques s'ils sont montés près les uns des autres. Il faut respecter les distances de montage indiquées dans la notice d'utilisation.