Question 1

Funzionamento del sensore a ultrasuoni

Accepted Answer

Schema funzionale di un sensore a ultrasuoni

Trasduttore a ultrasuoni
Oscillatore (stimola il trasduttore a ultrasuoni)
Amplificatore
Amplificatore
Comparatore (digitalizza il segnale)
Generatore di impulsi

Per il funzionamento viene applicata una tensione al trasduttore a ultrasuoni. L’effetto piezoelettrico stimola il trasduttore a ultrasuoni e genera un impulso sonoro. A questo punto il generatore di impulsi commuta il sensore nella modalità di ricezione dando inizio così alla misurazione del tempo. Se l'impulso sonoro colpisce l'oggetto, viene riflessa una eco che ritorna al trasduttore. L'eco dell'impulso sonoro fa vibrare il trasduttore a ultrasuoni e, per via dell'effetto piezoelettrico, viene generata una tensione; la misurazione del tempo viene arrestata. Sulla base del tempo misurato e della velocità del suono si può determinare la distanza dall’oggetto.

La distanza dall'oggetto viene calcolata con la misurazione del tempo in base all'equazione seguente:

d = c * t / 2
in cui d = distanza (m)
c = velocità del suono [m/s]
t = tempo (s)

Question 2

Struttura di un trasduttore a ultrasuoni

Accepted Answer

L’elemento piezoelettrico invia e riceve il segnale sonoro (banda da 40 a 300 kHz)
L’integrazione in materiale espanso consente all’elemento piezoelettrico di vibrare liberamente
Fissaggio
Lo strato di compensazione regola l’impedenza acustica tra l’aria e l’elemento piezoelettrico
Onda sonora

Question 3

Quando si utilizza un sensore a ultrasuoni a diffusione diretta?

Accepted Answer

Sono possibili tutte le direzioni di movimento lineare (x, y, z). Le rotazioni degli assi superiori a 4 gradi devono essere evitate.

I sensori a diffusione diretta valutano tramite la misurazione del tempo l’onda sonora riflessa dall’oggetto e calcolano in questo modo la distanza dall’oggetto. La figura riporta la zona di rilevamento e il comportamento di commutazione del sensore. Poiché il traduttore a ultrasuoni funge sia da trasmettitore che da ricevitore e di conseguenza ha bisogno di un tempo di commutazione, ne risulta una distanza minima, la cosiddetta zona morta in cui non è possibile valutare il segnale.

Question 4

Quando si utilizza un sensore a ultrasuoni a retroriflessione?

Accepted Answer

Nel sensore a retroriflessione il suono emesso viene rinviato da un riflettore definito, ad es. una parete o una lastra di metallo. Un oggetto viene rilevato nel momento in cui interrompe il segnale riflesso. Quindi i sensori a ultrasuoni a retroriflessione sono adatti ad oggetti che hanno scarse caratteristiche di riflessione del suono come la schiuma, oggetti con superfici non piane o forme ad angolo. Dato che questi sensori analizzano soltanto se viene ricevuta un’eco, non hanno alcuna zona morta.

Question 5

Quali informazioni forniscono le curve di risposta su un sensore a ultrasuoni?

Accepted Answer

Le curve di risposta sono utili all’utente per decidere se un determinato sensore a ultrasuoni sia adatto a risolvere una specifica applicazione. Dette curve sono riportate nella scheda tecnica del prodotto. Una descrizione dettagliata si trova nel documento "Informazioni generali sul montaggio e sul funzionamento" sulla pagina del prodotto nella sezione "Download".

Distanza: in asse X, portata. In asse Y, larghezza dell’onda sonora.
Zona di rilevamento: nel caso in cui la metà del target standard venga a trovarsi all’interno della zona di rilevamento.
Curva di attivazione / Curva di avvicinamento: la curva descrive il punto di attivazione in caso di avvicinamento del bordo del target standard
Target: le dimensioni del target dipendono dalla portata massima del sensore. Vedere scheda tecnica.
Il 50% del target si trova nella zona di rilevamento
Punto di commutazione

Nel caso di oggetti che si avvicinano al sensore in modo assiale (come il livello di un serbatoio) il sensore rileva l’oggetto non appena viene raggiunta la curva di attivazione.

Se la curva sonora è troppo grande per i requisiti di un’applicazione, si dovrebbe prendere in considerazione l’uso di un sound tube, per consentire di focalizzare meglio il suono.

La verifica nella rispettiva applicazione può rendersi necessaria per garantire un funzionamento impeccabile.

Question 6

Quali sono gli influssi che possono ripercuotersi sul comportamento alla misurazione dei sensori a ultrasuoni?

Accepted Answer

I sensori a ultrasuoni non vengono influenzati da variazioni della temperatura, pressione o umidità dell'aria (hanno una compensazione termica integrata). Tuttavia, la performance può essere influenzata da altri fattori.

Perturbazioni dell'aria: le perturbazioni dell'aria possono influenzare negativamente la propagazione dell'onda sonora e quindi la misurazione. Le perturbazioni dell’aria possono essere causate da vento, dall’aria compressa e dai ventilatori di raffreddamento. L’influsso si può ridurre mediante schermatura fisica del sensore/della distanza misurata dalla perturbazione.
Materiali degli oggetti e tipo di superficie: i materiali fonoassorbenti o le superfici che riflettono il suono lontano dal sensore sono difficili da rilevare con sensori a ultrasuoni a diffusione diretta. Probabilmente in questi casi un sensore a ultrasuoni a retroriflessione è la soluzione migliore.
Velocità dell’oggetto: i sensori a ultrasuoni a diffusione diretta normalmente hanno frequenze di commutazione pari a massimo 10 Hz, pertanto non sono adatti per applicazioni ad alta velocità.
Dimensioni dell’oggetto: gli oggetti devono avere dimensioni minime per poter essere rilevati in modo affidabile. Più un oggetto è piccolo, più è ridotta la portata in cui viene rilevato in modo affidabile dal sensore a ultrasuoni.
Orientamento dell’oggetto: nelle applicazioni con sensori a diffusione diretta il sensore deve essere orientato parallelamente all’oggetto. Sulle superfici lisce sono tollerabili rotazioni fino a 4 gradi.
Sporco eccessivo della superficie: le piccole quantità di polvere e umidità vengono rimosse dalla superficie per via dell’oscillazione del trasduttore a ultrasuoni. La performance peggiora soltanto in caso di forti depositi della superficie di misurazione.
Influsso reciproco: i sensori a ultrasuoni sono soggetti a influsso reciproco se vengono montati uno vicino all’altro. Attenersi alle distanze di montaggio indicate nelle istruzioni per l’uso.

	Ultrasuoni	Induttivo	Ottico
Elevata distanza dall’oggetto
Indipendente da colore/trasparenza			¹
Indipendente dal materiale
Variazioni di temperatura
Deposito sul sensore	²	³
Resistenza alla luce esterna
Elevata umidità ambientale

Tanti punti di forza, pochi limiti: come funziona la tecnologia a ultrasuoni

Confronto dei sensori a ultrasuoni con altre soluzioni per il rilevamento della posizione

Funzionamento del sensore a ultrasuoni