Question 1

Funcionamiento del sensor ultrasónico

Accepted Answer

Esquema de funcionamiento de un sensor ultrasónico

Transductor
Oscilador (excita el transductor)
Amplificador
Amplificador
Comparador (digitaliza la señal)
Temporizador de impulsos

Durante el funcionamiento, se aplica una tensión al transductor. Debido al efecto piezoeléctrico, el transductor se ve sometido a una excitación para que vibre y genere un impulso sonoro. A continuación, el temporizador de impulsos cambia el sensor al modo de recepción y se inicia la medición de tiempo. Cuando el impulso sonoro choca con el objeto, se refleja un eco en el transductor. El eco del impulso sonoro hace vibrar el transductor y, debido al efecto piezoeléctrico, se genera una tensión y se detiene la medición de tiempo. A partir del tiempo medido y de la velocidad del sonido se puede determinar la distancia al objeto.

La distancia al objeto se calcula midiendo el tiempo y utilizando la siguiente ecuación:

d = c * t / 2
donde d = distancia (m)
c = velocidad del sonido [m/s]
t = tiempo (s)

Question 2

Estructura de un transductor ultrasónico

Accepted Answer

El elemento piezoeléctrico envía y recibe la señal de sonido (40...300 kHz de ancho de banda)
Al estar integrado en espuma, el elemento piezoeléctrico puede vibrar libremente
Fijación
La capa de compensación ajusta la impedancia acústica entre el aire y el elemento piezoeléctrico
Ondas de sonido

Question 3

¿Cuándo debo utilizar un sensor ultrasónico de reflexión directa?

Accepted Answer

Todas las direcciones de desplazamiento lineales (x, y, z) son posibles. Deben evitarse las rotaciones de eje de más de 4 grados.

Los sensores de reflexión directa evalúan la onda de sonido reflejada por el objeto mediante la medición del tiempo y determinan así la distancia al objeto. La figura muestra el rango de detección y el comportamiento de conmutación del sensor. Dado que el transductor actúa como emisor y receptor y requiere un tiempo de conmutación correspondiente, existe una distancia mínima, la llamada zona ciega, en la que no es posible evaluar la señal.

Question 4

¿Cuándo debo utilizar un sensor ultrasónico réflex?

Accepted Answer

Con un sensor ultrasónico réflex, el sonido emitido se refleja en un reflector definido, por ejemplo, una pared o una placa metálica. El objeto se detecta en cuanto interrumpe la señal reflejada. Esto hace que los sensores ultrasónicos réflex sean adecuados para objetos con malas propiedades de reflexión del sonido, como la espuma, objetos con superficies irregulares o formas angulosas. Como este tipo de equipos solo evalúa si se recibe eco, estos sensores no poseen zona ciega.

Question 5

¿Qué información proporcionan las curvas de respuesta de un sensor ultrasónico?

Accepted Answer

Las curvas de respuesta ayudan al usuario a decidir si un sensor ultrasónico en particular es adecuado para resolver una aplicación específica. Estas curvas se incluyen en la ficha técnica del producto. Encontrará una descripción detallada en el documento "Fundamentos de montaje y funcionamiento", disponible en la página del producto, en el apartado de "Descargas".

Distancia: en el eje X, alcance. En el eje Y, ancho del haz del sonido.
Rango de detección: en caso de que la mitad del target normativo esté dentro del rango de detección.
Curva de conmutación, curva de aproximación: la curva describe el punto de conmutación cuando el borde del target normativo se aproxima lateralmente.
Target: el tamaño del target depende del alcance máximo del sensor. Véase la ficha técnica.
El 50% del target se encuentra en el rango de detección
Punto de conmutación

En el caso de objetos que se aproximan al sensor axialmente (como el nivel de un tanque), el sensor detecta el objeto al alcanzar la curva de conmutación.

Para aplicaciones donde la curva de sonido es demasiado grande, se debe considerar el uso de un tubo reductor para poder concentrar mejor el sonido.

Puede ser necesario verificar la aplicación respectiva para asegurar un funcionamiento correcto.

Question 6

¿Qué influencias pueden afectar al comportamiento de medición de los sensores ultrasónicos?

Accepted Answer

Los sensores ultrasónicos no se ven afectados por las variaciones de temperatura, presión y humedad del aire (tienen incorporada una compensación de temperatura). Sin embargo, el rendimiento puede verse afectado por otros factores.

Turbulencias del aire: la propagación del sonido y, por tanto, su medición, puede verse afectada negativamente por una fuerte turbulencia del aire. Las turbulencias del aire pueden estar causadas por el viento, el aire comprimido y los ventiladores de refrigeración. La influencia puede reducirse mediante el apantallamiento físico del sensor o de la zona de medición.
Material y naturaleza del objeto: los materiales que absorben el sonido o las superficies que lo repelen son difíciles de detectar con los sensores ultrasónicos de reflexión directa. Un sensor ultrasónico réflex probablemente sea la mejor solución en estos casos.
Velocidad del objeto: los sensores ultrasónicos de reflexión directa suelen tener frecuencias de conmutación de hasta 10 Hz y, por tanto, no son adecuados para aplicaciones de alta velocidad.
Tamaño del objeto: los objetos requieren un tamaño mínimo para ser detectados de forma fiable. Cuanto más pequeño es un objeto, más corto es el alcance en el que puede ser detectado de forma fiable por el sensor ultrasónico.
Orientación del objeto: para aplicaciones con sistemas de reflexión directa, el sensor debe estar alineado paralelamente al objeto. En superficies lisas se pueden tolerar giros de hasta 4 grados.
Suciedad excesiva de la superficie: pequeñas cantidades de polvo y humedad pueden desprenderse de la superficie debido a la oscilación del transductor, pero solo se empeorará el rendimiento con una acumulación mayor de la suciedad en la superficie de medición.
Interferencias mutuas: los sensores ultrasónicos son susceptibles de sufrir interferencias mutuas cuando se instalan unos cerca de otros. Deben respetarse las distancias de montaje indicadas en las instrucciones de uso.

	Ultrasonidos	Inductiva	Fotoeléctrica
Amplio alcance con respecto al objeto
Independencia del color/transparencia			¹
Independencia del material
Fluctuaciones de temperatura
Adherencias en el sensor	²	³
Inmunidad a la luz externa
Humedad ambiental elevada

Muchos puntos fuertes, pocas limitaciones: descripción de la tecnología ultrasónica

Comparativa de sensores ultrasónicos y otras soluciones de detección de posición

Funcionamiento del sensor ultrasónico