- M18-Cube: Tilaa säästävä ifm-kotelomalli
- Teknologia ultraäänianturit
Teknologiayhteenveto
Ultraäänianturit tunnistavat kaikki ääntä heijastavat kohteet ja mittaavat äänisignaalin lähetys- ja vastaanottoajankohtien välisen erotuksen.Kohteen värillä, läpinäkyvyydellä ja pinnan heijastuskyvyllä ei ole vaikutusta mittaustuloksiin.
Ultraääniantureiden vertailu muihin paikannusanturituotteisiin
Tässä taulukossa arvioidaan eri teknologioiden suorituskykyä tiettyjen vaikuttajien suhteen.
| Induktiivinen | Kapasitiivinen | Optoelektroninen | Ultraääni | |
|---|---|---|---|---|
| Lämpötila |  |
|
|
|
| Kosteus | |
 |
 |
|
| Pölyä anturin pinnalla | 3 |
|
|
4 |
| Ulkoinen valaistus | |
|
|
|
| Kohina | |
|
|
2 |
| Väri / läpinäkyvyys | |
|
1 |
|
| Etäisyys koteeseen |
matala | matala | korkea | korkea |
| Voimakas ilmaturbulenssi | |
|
|
|
1) esim. ohut, läpinäkyvä kalvo / lasi
2) jos ei keskinäistä vaikutusta
3) jos ei-johtava
4) jos ei liian paksu
Toimintaperiaate
Toimintaa varten signaalimuuntimeen johdetaan korkea jännite.Piezo-sähköilmiön ansiosta tämä jännite saa muuntimen värähtelemään ja lähettämään äänisignaalin ympäröivään ilmaan.Tässä kohtaa kellopulssigeneraattori kytkee anturin vastaanottomoodiin ja aikamittaus käynistyy.Kun äänipurske osuu kohteeseen, siitä heijastuu kaiku takaisin signaalimuuntimeen.Takaisin heijastunut purskesignaali saa signaalimuuntimen värähtelemään piezo-sähköilmiön ansiosta ja aikamittaus päättyy.
Ultraäänianturin signaalimuuntimen rakenne selviää tästä kuvasta.
- Piezo-elementti lähettää ja vastaanottaa äänisignaaleja (taajuusalue 200...400 kHz)
- Asennuksessa käytetyn vaahdon ansiosta piezo-elementti voi värähdellä vapaasti
- Kiinnike
- Ilman ja piezo-elementin akustiset impedanssit sovitetaan yhteen adapteritason avulla.
- Ääniaallot
Tunnistusalue – kohteesta heijastavat ultraäänianturit
Jotkut ultraäänianturit luottavat yksinomaan kohteesta heijastuvaan kaikusignaaliin.Näitä kutsutaan kohteesta heijastaviksi antureiksi.Seuraava kuva esittää tunnistusalueen ja lähtöjen tilat.Huomaa sokea alue - minimietäisyys, jonka anturi tarvitsee signaalin lähettämistä, vastaanottoa ja arviointia varten.
Sovellutusalue – peilistä heijastavat ultraäänianturit
Peilistä heijastavia antureita käytetään sellaisilla kohteilla, joiden äänenheijastuskyky on heikko, kuten vaahto, epätasaiset pinnat ja kulmikkaat muodot.Näillä antureilla ei ole sokeaa aluetta; tarvitaan kuitenkin heijastin, kuten esim. metallilevy tai seinä.
Ääni- / vastekäyrät
Vastekäyrät auttavat käyttäjää arvioimaan tietyn ultraäänianturin sopivuutta k.o. sovellutukseen.Nämä käyrät löytyvät tuotteen datalahdeltä ja ovat ladattavissa välilehdeltä "Infokortti". Ne koskevat tilannetta, jossa kohde lähestyy anturia sivusuunnasta.
Aksiaalisesti lähestyvillä kohteilla (esim. pinnankorkeuden mittaus säiliössä) anturi havaitsee kohteen välittömästi, kun se saavuttaa kytkentäkäyrän.
Sovellutuksissa, joissa äänikeila on liian leveä, harkitse mallin E23000 käyttöä saadakesi paremmin fokusoidun äänikeilan.
Kunnollisen toiminnan saavuttamiseksi saattaa joissakin sovellutuksissa olla tarpeen suorittaa testejä.
Vaikuttavat tekijät
Lämpötilamuutokset (sisäänrakennettu kompensointi), ilmanpaine ja kosteus eivät vaikuta ultraääniantureiden toimintaan.On kuitenkin muita tekijöitä, jotka voivat vaikuttaa suorituskykyyn.
- Turbulenssi – ilman voimakas turbulenssi voi vaikuttaa negatiivisesti äänen etenemiseen ja sitä kautta mittaustuloksiin.Turbulenssin aiheuttajia ovat mm. tuuli, paineilma ja jäähdytys.Vaikutusta voidaan minimoida suojaamalla anturi / mittausmatka fyysisesti turbulenssilta.
- Kohteen materiaali ja pinnan ominaisuudet – materiaalit, jotka absorboivat ääntä tai pinnat, jotka heijastavat äänisignaalit vastaanottimen ohi, ovat vaikeita tunnistettavia ultraääniantureille. Optoelektroninen lähetin-/vastaanotipari saattaa olla näissä tapauksissa parempi vaihtoehto.
- Kohteen nopeus – kohteesta heijastavien ultraääniantureiden kytkentätaajuus on tyypillisesti 10 Hz tai alempi, joten ne eivät sovellu nopeimpiin sovellutuksiin.
- Kohteen koko – ultraäänianturit eivät pysty tunnistamaan pieniä, tyypillisesti laser-antureilla tunnistettavia kohteita.Pienet kohteet voidaan ehkä havaita, mutta useinmiten pienentyneen tuntoetäisyyden kustannuksella.
- Kohteen suuntaus – kohteesta heijastavilla ultraääniantureilla tuntopinnan pitäisi olla samansuuntainen kohteen kanssa. Tasaisilla pinnoilla poikkeama voi olla enintään 4°.
- Tuntopinnan liiallinen likaantuminen – pienet määrät pölyä ja kosteutta saattavat karista tärisevältä pinnalta, mutta suuremmat määrät haittaavat suorituskykyä.
- Ylikuuluminen – ultraäänianturit ovat alttiita ylikuulumiselle, jos ne asennetaan lähelle toisiaan.Ota huomioon asennusohjeissa määritellyt asennusetäisyydet.