Question 1

Ultrasoniske sensorers funktionsprincip

Accepted Answer

Funktionsdiagram for en ultrasonisk sensor

Transducer
Oscillator (driver transduceren)
Forstærker
Forstærker
Komparator (digitaliserer signalet)
Taktimpuls-generator

I drift er der spænding ved lydtransduceren. På grund af den piezo-elektriske effekt stimuleres transduceren til svingning og genererer en lydimpuls. Nu sætter clock-puls generatoren sensoren til modtagertilstand, og tidsmålingen starter. Når lydimpulsen rammer et emne returneres et ekko til transduceren. Ekkoet fra lyden får transduceren til at vibrere på grund af den piezo-elektriske effekt, og tidsmålingen stopper. På grundlag af den målte tid og lydens hastighed kan afstanden til emnet bestemmes.

Afstanden til emnet beregnes ud fra tidsmålingen ved hjælp af ligningen:

d = c * t / 2
hvor d = afstand (distance) (m)
c = lydens hastighed [m/s]
t = tid (time) (s)

Question 2

En ultrasonisk transducers struktur

Accepted Answer

Piezoelementet sender og modtager lyd (40…300 kHz rækkevidde)
Montering med integralskum lader piezoelementet vibrere frit
Fikstur
Adaptionslaget passer til den akustiske impedans mellem luft og piezoelementet
Lydbølge

Question 3

Hvornår bruger jeg en diffus ultrasonisk sensor?

Accepted Answer

Alle lineære bevægelsesretninger er (x, y, z) mulige. Undgå akserotation på mere end 4°.

Diffuse refleksionssensorer evaluerer lydbølgen, der reflekteres af objektet via tidsmåling for at bestemme afstanden til objektet. Figuren viser registreringsområdet og sensorens koblingsreaktion. Da transduceren fungerer både som afsender og modtager og hermed har brug for en omkoblingstid, opstår der en minimumafstand, den såkaldte blinde zone, hvor signalet ikke kan evalueres.

Question 4

Hvornår bruger jeg en ultrasonisk refleksiv sensor?

Accepted Answer

Med refleksfotoceller returneres den udsendte lyd af en defineret reflektor, f,eks. en væg eller en metalplade. Et objekt registreres, når det afbryder det reflekterede signal. Ultrasonisk refleksive sensorer anvendes til objekter med en dårlig lydrefleksionsydeevne som f.eks. skum, takkede overflader og vinklede former. Eftersom de kun evaluerer, om et ekko modtages, er der ikke forbundet noget blindt område med disse sensorer.

Question 5

Hvilke informationer sender reaktionskurver om en ultrasonisk sensor?

Accepted Answer

Reaktionskurver hjælper brugeren med at afgøre, om en bestem ultrasonisk sensor egner sig til en specifik anvendelse. Disse kurver er vist på produktdataarket. Du kan finde en detaljeret beskrivelse i dokumentet “Generelle informationer om montering og drift”, der findes på produktsiden i "Downloads" afsnittet.

Afstand: På x-aksen, tasteafstanden. På y-aksen, lydstrålens bredde.
Registreringszone: Hvis halvdelen af standardmålet er inden for registreringszonen.
Tilkoblingskurve: Kurven beskriver tilkoblingspunktet, når kanten af standardemnet nærmer sig fra siden.
Emne: Emnestørrelsen afhænger af sensorens maksimumafstand. Se dataark.
50 % af emnet i registreringszonen
Koblingspunkt

For emner, der nærmer sig sensoren aksialt (som ved en tankniveau applikation), registrerer sensoren emnet, så snart det når switch-on kurven.

For anvendelser, hvor lydkurven er for stor, kan det anbefales at bruge et lydrør for bedre at kunne fokusere lyden.

Tests i den specifikke anvendelse kan være nødvendige for at sikre den rette funktion.

Question 6

Hvilke faktorer kan påvirke de ultrasoniske sensorers ydeevne?

Accepted Answer

Ultrasoniske sensorer påvirkes ikke af ændringer i lufttemperaturen (de har en indbygget temperaturkompensation), lufttryk og fugtighed. Men andre faktorer kan påvirke deres ydeevne.

Luftturbulens – stærk luftturbulens kan påvirke lydspredningen og følgelig målingen. Kilder til luftturbulens kan være vind, trykluft og køleblæsere. Påvirkningen kan reduceres ved at afskærme sensoren/ måleafstanden fysisk fra turbulensen.
Emnets materiale og overfladens egenskaber - materialer, der absorberer lyd, eller overflader, der leder lyd væk fra sensoren, er svære at registrere med diffuse ultrasoniske sensorer. Her kan det være en bedre løsning at bruge en ultrasonisk refleksiv sensor.
Emnets hastighed - diffuse ultrasoniske sensorer har typisk koblingsfrekvenser på 10Hz eller mindre og kan ikke bruges til anvendelser med høj hastighed.
Emnets størrelse – emner skal overholde krav til minimumstørrelse for at kunne registreres pålideligt. Jo mindre emnet er, jo kortere er tasteafstanden, hvorfra det kan registreres pålideligt af den ultrasoniske sensor.
Emnets orientering - til diffuse ultrasoniske anvendelser skal sensorens flade være parallel med emnet. Afvigelser på op til 4° kan tolereres på glatte flader.
Kraftig tilsmudsning af overfladen - små mængder støv og fugt kan fjernes ved vibration af fladen, men store mængder vil reducere ydeevnen.
Krydskommunikation – ultrasoniske sensorer er tilbøjelige til krydskommunikation, hvis de monteres for tæt på hinanden. Overhold monteringsafstandene, der er specificeret i driftsvejledningen.

	Ultrasonisk	Induktiv	Fotoelektrisk
Stor afstand til objektet
Uafhængig af farve / transparens			¹
Materialeuafhængighed
Temperatursvingninger
Aflejringer på sensoren	²	³
Modstandsdygtighed over for eksternt lys
Høj omgivende fugtighed

Mange styrker, få begrænsninger: Sådan fungerer ultralydteknologien

Sammenligning af ultrasoniske sensorer med andre produkter, der registrerer position

Ultrasoniske sensorers funktionsprincip