- M18 Cube: Pouzdro pro úsporu místa od ifm
- Technologie ultrazvukových senzorů
Přehled technologie
Ultrazvukové senzory detekují všechny objekty odrážející zvuk a měří čas od přenosu po přijetí zvukového signálu.Barva, průhlednost a odrazivost povrchu cíle nejsou relevantní.
Porovnání ultrazvukových senzorů s jinými produkty pro snímání polohy
Tato tabulka hodnotí výkon různých technologií s určitými vlivy.
| Indukční | Kapacitní | Fotoelektrický | Ultrazvukový | |
|---|---|---|---|---|
| Teplota |  |
|
|
|
| Vlhkost | |
 |
 |
|
| Prach na ploše senzoru | 3 |
|
|
4 |
| Vnější světlo | |
|
|
|
| Hluk | |
|
|
2 |
| Barva / průhlednost | |
|
1 |
|
| Vzdálenost k objektu |
nízká | nízká | vysoká | vysoká |
| Silná turbulence vzduchu | |
|
|
|
1) např. tenká, průhledná fólie/sklo
2) pokud nedochází k vzájemnému rušení
3) pokud není vodivý
4) pokud není vrstva příliš silná
Funkční princip
Při provozu je převodník namáhán vysokým napětím.To způsobí, že převodník vibruje v důsledku piezoelektrického jevu a přenáší zvukový impulz do vzduchu.V tomto okamžiku přepne generátor senzor do režimu příjmu a začne měření času.Když zvukový impulz zasáhne cíl, odrazí se zpět do převodníku zpětná odezva.Zpětná odezva zvukového impulzu způsobí vibraci převodníku v důsledku piezoelektrického jevu a měření času se zastaví.
Ultrazvukový převodník je konstruován tak, jak je znázorněno na tomto obrázku.
- Piezoelektrický prvek odesílá a přijímá zvuk (rozsah 200…400 kHz).
- Montáž s integrovanou pěnou umožňuje, aby piezoelektrický prvek volně vibroval.
- Upevnění
- Adaptační vrstva odpovídá akustické impedanci mezi vzduchem a piezoelektrickým prvkem.
- Zvukové vlny
Detekční zóna – difuzní ultrazvukové senzory
Některé ultrazvukové senzory spoléhají výhradně na zpětnou odezvu z cíle.Označují se jako senzory difuzního odrazu.Následující obrázek ukazuje detekční zónu a stav výstupu.Všimněte si slepé zóny – minimální vzdálenosti potřebné k tomu, aby senzor generoval, přijímal a vyhodnocoval signál.
Oblast aplikace – reflexní ultrazvukové senzory
Senzory zpětného odrazu se používají pro objekty se špatným odrazem zvuku, jako jsou pěna, drsné povrchy, a pro lomené tvary.U těchto senzorů není žádná slepá zóna, je však nutná odrazná plocha, jako je kovová deska nebo stěna.
Křivky odezvy zvuku
Křivky odezvy pomáhají uživateli určit vhodnost konkrétního ultrazvukového senzoru při řešení dané instalace.Tyto křivky jsou uvedeny v technickém listu produktu a v „Informační kartě“, která je k dispozici ke stažení z technického listu, a jsou relevantní pro cíle, které se k senzoru přibližují laterálně.
Pro cíle přibližující se k senzoru axiálně (jako u použití u hladiny nádrže) senzor detekuje cíl, jakmile dosáhne křivky.
U aplikací, kde je zvuková křivka příliš velká, zvažte pro lepší zaměření zvuku použití E23000.
Pro zajištění správné funkce je nutná zkouška v konkrétní instalaci.
Faktory vlivu
Ultrazvukové senzory nejsou ovlivněny změnami teploty vzduchu (mají vestavěnou kompenzaci teploty), tlaku vzduchu a vlhkosti.Jejich výkon však mohou ovlivnit další faktory.
- Turbulence vzduchu – silná turbulence vzduchu může negativně ovlivnit šíření zvuku a následně i měření.Mezi zdroje turbulence vzduchu patří vítr, stlačený vzduch a chladicí ventilátory.Vliv lze minimalizovat fyzickým odstíněním senzoru / vzdálenosti měření od turbulence.
- Vlastnosti materiálu cíle a povrchu – ultrazvukovými senzory je obtížné snímat materiály pohlcující zvuk nebo povrchy, které odklánějí zvuk od přijímače. Lepší může být fotoelektrické řešení pomocí jednocestného světelného senzoru.
- Rychlost cíle – difuzní ultrazvukové senzory obvykle mají spínací frekvence 10 Hz nebo méně a nejsou použitelné pro vysokorychlostní aplikace.
- Velikost cíle – ultrazvukové senzory nejsou schopny snímat malé cíle typicky detekované laserovými senzory.Malé cíle lze detekovat, ale obvykle za cenu sníženého snímacího dosahu.
- Orientace cíle – v případě difuzních ultrazvukových aplikací by měla být čelní plocha senzoru rovnoběžná s cílem. Na hladkých površích lze tolerovat odchylky až 4°.
- Nadměrné znečištění čelní plochy senzoru – malé množství prachu a vlhkosti na čelní ploše senzoru se může odstranit vibracemi, ale velká množství prachu a vlhkosti sníží výkon.
- Rušení – pokud jsou ultrazvukové senzory namontovány příliš blízko u sebe, jsou náchylné k vzájemnému rušení.Dodržujte montážní vzdálenosti uvedené v montážních pokynech.