Question 1

Princip fungování ultrazvukových senzorů

Accepted Answer

Funkční schéma ultrazvukového senzoru

Elektroakustický měnič
Oscilátor (stimuluje měnič)
Zesilovač
Zesilovač
Komparátor (digitalizuje signál)
Generátor hodinových impulzů

Za provozu je elektroakustický měnič pod napětím. Vlivem piezoelektrického jevu je měnič vybuzen ke kmitání a vytvoří zvukový impulz. V tom okamžiku je senzor přepnut generátorem hodinových impulzů do přijímacího režimu a začíná se měřit čas. Když zvukový impulz narazí na cílový předmět, odrazí se zpět do měniče. Elektroakustický měnič je odraženým zvukovým impulzem rozvibrován a napětím, které vznikne vlivem piezoelektrického jevu, je zastaveno měření času. Na základě naměřeného času a rychlosti zvuku lze určit vzdálenost od cílového předmětu.

Vzdálenost od cílového předmětu se vypočítá na základě měření času podle rovnice:

d = c * t / 2
kde d = vzdálenost (m)
c = rychlost zvuku [m/s]
t = čas (s)

Question 2

Konstrukce ultrazvukového měniče

Accepted Answer

Piezoelektrický prvek odesílá a přijímá zvuk (rozsah 40…300 kHz).
Uložení v pěně umožňuje, aby piezoelektrický prvek volně vibroval.
Upevnění
Adaptační vrstva vyrovnává akustickou impedanci mezi vzduchem a piezoelektrickým prvkem.
Zvuková vlna

Question 3

Kdy použít ultrazvukový senzor difuzního odrazu?

Accepted Answer

Jsou možné všechny lineární směry pohybu (x, y, z). Neotáčejte senzor osově víc než o 4°.

Senzory difuzního odrazu vyhodnocují zvukovou vlnu, odraženou od předmětu, měřením času a z něho určí vzdálenost předmětu. Na obrázku je znázorněný rozsah detekce a způsob spínání senzoru. Protože akustické měniče fungují zároveň jako vysílač a přijímač a k přepnutí potřebují určitou dobu, vzniká minimální vzdálenost označovaná jako slepá zóna, ve které nelze signál vyhodnotit.

Question 4

Kdy použít ultrazvukový senzor zpětného odrazu?

Accepted Answer

V případě senzorů zpětného odrazu se vysílaný zvuk odráží od definovaného reflektoru, např. stěny nebo kovové desky. Předmět je rozpoznán, když přeruší odražený signál. Ultrazvukové senzory zpětného odrazu se používají pro předměty, které zvuk odrážejí špatně, např. z pěny, s členitým povrchem nebo lámanými tvary. Vyhodnocují jen to, jestli se vrátil odraz, takže nemají žádnou mrtvou oblast.

Question 5

Co o ultrazvukovém senzoru vypovídají charakteristiky odezvy?

Accepted Answer

Charakteristiky odezvy usnadňují posouzení, jestli je konkrétní ultrazvukový senzor vhodný pro určitou aplikaci. Tyto charakteristiky jsou uvedeny v přehledech údajů o výrobcích. Podrobný popis najdete v dokumentu Obecné informace k montáži a provozu, který je k dispozici na stránce výrobku v části Ke stažení.

Vzdálenost: na ose x snímací dosah, na ose y šířka zvukového paprsku.
Detekční zóna: když je polovina normovaného cíle v detekční zóně.
Zapínací charakteristika: Tato charakteristika popisuje zapínací bod, když se ze strany přiblíží okraj normovaného cíle.
Cíl: Velikost cíle závisí na maximálním dosahu senzoru. Viz přehled technických údajů.
50% cíle v detekční oblasti
Přesnost spínacího

Pokud se cíl k senzoru přibližuje axiálně (jako při použití pro hladinu v nádrži), senzor ho detekuje, jakmile dosáhne zapínací charakteristiky.

Když je křivka zvuku příliš velká, zvažte lepší zaměření zvuku pomocí zvukové trubice.

Pro zajištění správné funkce je nutná zkouška v konkrétní instalaci.

Question 6

Co může mít vliv na výkon ultrazvukových senzorů?

Accepted Answer

Na ultrazvukové senzory nemají vliv změny teploty vzduchu (mají vlastní teplotní kompenzaci), tlaku vzduchu ani vlhkosti. Jejich výkon ale mohou ovlivnit jiné faktory.

Vzduchové turbulence – Silnými vzduchovými turbulencemi se může zhoršit šíření zvuku, a tím i měření. K příčinám vzduchových turbulenci patří vítr, resp. průvan, stlačený vzduch a chladicí ventilátory. Vliv turbulencí lze minimalizovat fyzickou ochranou senzoru, resp. měřicího úseku.
Materiálové a povrchové vlastnosti cíle – Ultrazvukovými senzory difuzního odrazu se obtížně snímají materiály pohlcující zvuk a plochy, které odklánějí zvuk od senzoru. V těchto případech mohou být vhodnější ultrazvukové senzory zpětného odrazu.
Rychlost cíle – Ultrazvukové senzory difuzního odrazu mají obvykle spínací frekvenci do 10Hz a nejsou vhodné pro vysokorychlostní aplikace.
Velikost cíle – Aby byly cíle spolehlivě detekovány, musí splňovat požadavky na minimální velikost. Čím menší je cíl, tím menší je snímací dosah, ve kterém ho může ultrazvukový senzor spolehlivě rozpoznat.
Orientace cíle – V případě aplikací s ultrazvukovými senzory difuzního odrazu musí být čelní plocha senzoru rovnoběžná s cílem. U hladkých ploch lze tolerovat odchylky až 4°.
Znečištění čelní plochy – Malé množství prachu a vlhkosti se může z čelní plochy setřást vibracemi měniče, ale při silnějším znečištění se snižuje výkon.
Vzájemné rušení – Když jsou ultrazvukové senzory namontované příliš blízko u sebe, jsou náchylné k vzájemnému rušení. Dodržujte instalační vzdálenosti uvedené v návodu k obsluze.

	Ultrazvukové	Indukční	Fotoelektrické
Velká vzdálenost od předmětu
Bez ovlivnění barvou/průhledností			¹
Bez ovlivnění materiálem
Kolísání teploty
Usazeniny na senzoru	²	³
Bez ovlivnění okolním světlem
Vysoká vlhkost prostředí

Mnoho předností, málo omezení: princip ultrazvukové technologie

Porovnání ultrazvukových senzorů s jinými produkty pro snímání polohy

Princip fungování ultrazvukových senzorů