Question 1

Principe de fonctionnement du détecteur à ultrasons

Accepted Answer

Schéma de fonctionnement d’un détecteur à ultrasons

Transducteur ultrasonore
Oscillateur (excite le transducteur ultrasonore)
Amplificateur
Amplificateur
Comparateur (numérise le signal)
Temporisateur d'impulsions

En état de fonctionnement, une tension est appliquée au transducteur ultrasonore. En raison de l’effet piézoélectrique, le transducteur est excité pour osciller et délivre une impulsion sonore. Le temporisateur d’impulsions commute alors le détecteur en mode de réception et la mesure de la durée commence. Si l’impulsion sonore atteint l’objet, un écho est renvoyé au transducteur ultrasonore. L’écho de l’impulsion sonore le fait vibrer et, en raison de l’effet piézoélectrique, une tension est générée et la mesure de la durée est stoppée. Sur la base de la durée mesurée et de la vitesse du son, la distance à l’objet peut être déterminée.

La distance à l’objet est calculée grâce à la mesure de la durée en appliquant l’équation suivante:

d = c * t / 2
où d = distance (m)
c = vitesse du son [m/s]
t = temps (s)

Question 2

Structure d’un détecteur à ultrasons

Accepted Answer

L’élément piezo émet et reçoit le signal sonore (bande passante de 40 à 300 kHz)
Grâce au montage dans de la mousse, l’élément piezo peut vibrer librement
Fixation
La couche d'égalisation adapte l'impédance acoustique entre l'air et l'élément piezo
Onde sonore

Question 3

Quand utiliser un détecteur réflexion directe à ultrasons? Que faut-il prendre en compte?

Accepted Answer

Toutes les directions linéaires de déplacement (x ,y, z) sont possibles. Eviter les rotations axiales de plus de 4°.

Les détecteurs réflexion directe évaluent au moyen de la mesure de la durée l’onde sonore reflétée par l’objet et déterminent ainsi la distance à l’objet. L’illustration présente la zone de détection et le comportement de commutation du détecteur. Comme le transducteur ultrasonore agit à la fois comme émetteur et récepteur et qu’il a besoin d’un délai de commutation, il existe une distance minimale, appelée zone morte, dans laquelle il n’est pas possible d’évaluer le signal.

Question 4

Quand utiliser un détecteur reflex à ultrasons? Que faut-il prendre en compte?

Accepted Answer

Avec un détecteur reflex, le son émis est renvoyé par un réflecteur défini, par exemple une paroi ou une plaque de métal. Un objet est détecté dès qu’il interrompt le signal réfléchi. Les détecteurs reflex à ultrasons conviennent donc aux objets présentant de mauvaises propriétés de réflexion tels que la mousse, les objets à surface inégale ou les formes anguleuses. Comme ils évaluent seulement si un écho a été reçu, ces détecteurs n’ont pas de zone morte.

Question 5

Quelles informations fournissent les courbes de réponse d’un détecteur à ultrasons?

Accepted Answer

Les courbes de réponse aident l’utilisateur à décider si un détecteur à ultrasons convient à une utilisation. Ces courbes sont indiquées dans la fiche technique du produit. Une description détaillée se trouve dans le document «Informations générales sur le montage et le fonctionnement» sur la page produit dans la section «Téléchargements».

Distance : Sur l’axe X, portée. Sur l’axe Y, largeur du lobe ultrasonore.
Zone de détection: Si la moitié de la cible normalisée est dans la zone de détection.
Courbe d’enclenchement: Courbe d’approche: La courbe décrit le seuil d’enclenchement lors de l’approche latérale du bord de la cible normalisée
Cible: La taille de la cible dépend de la portée maximale du détecteur. Voir fiche technique.
50% de la cible se trouvent dans la zone de détection
Seuil de commutation

Pour les objets qui s’approchent du détecteur suivant leur axe (ex. un niveau de cuve), le détecteur repère l’objet dès qu’il atteint la courbe d’enclenchement.

Si la courbe d'enclenchement est trop grande pour les exigences de l’application, il faut envisager l’utilisation d’un tube réducteur pour pouvoir mieux concentrer le son.

Un contrôle dans l’application concernée peut s’avérer nécessaire pour assurer un bon fonctionnement.

Question 6

Quels facteurs peuvent influencer le comportement de mesure des détecteurs à ultrasons?

Accepted Answer

Les détecteurs à ultrasons ne sont pas influencés par les variations de la température de l’air, de la pression de l’air et de l’humidité de l'air (ils disposent d’une compensation de température intégrée). Leur performance peut toutefois être influencée par d’autres facteurs.

Turbulences de l’air – la diffusion du son et donc la mesure peuvent être influencées négativement par de fortes turbulences de l’air. Les turbulences de l’air peuvent être générée par du vent, de l’air comprimé ou des ventilateurs de refroidissement. L’influence peut être réduite par un blindage physique du détecteur / de la distance de mesure par rapport à la turbulence.
Matériau de l’objet et caractéristiques de la surface – les matériaux absorbant le son ou les surfaces qui renvoient le son du détecteur sont difficiles à détecter par les détecteurs réflexion directe à ultrasons. Un détecteur reflex à ultrasons est ici probablement la meilleure solution.
Vitesse de l’objet – les détecteurs réflexion directe à ultrasons disposent généralement de fréquences de commutation d’un maximum de 10Hz et ne conviennent donc pas aux applications à haute vitesse.
Taille de l’objet – les objets doivent présenter une taille minimale pour pouvoir être détectés avec fiabilité. Plus l’objet est petit, plus la portée, dans laquelle il est détecté de manière fiable par le détecteur à ultrasons, est réduite.
Orientation de l’objet – pour les applications de détecteur réflexion directe, celui-ci doit être orienté parallèlement à l’objet. Des déviations jusqu’à 4° peuvent être tolérées sur les surfaces lisses.
Souillure excessive de la surface – de petites quantités de poussières et d’humidité peuvent être évacuées de la surface grâce aux vibrations du transducteur, mais des dépôts importants sur la surface de mesure viennent dégrader la performance.
Influences mutuelles – les détecteurs à ultrasons sont sensibles aux influences réciproques s’ils sont montés près les uns des autres. Il faut respecter les distances de montage indiquées dans la notice d’utilisation.

	Détection à ultrasons	Détection inductive	Détection optoélectronique
Grande distance par rapport à l’objet
Indépendance de la couleur / transparence			¹
Indépendance de la matière
Fluctuations de température
Dépôts sur le détecteur	²	³
Résistance à la lumière parasite
Humidité ambiante élevée

De nombreux points forts, peu de limites: comment fonctionne la technologie à ultrasons

Comparaison des détecteurs à ultrasons avec d’autres solutions de détection de position

Principe de fonctionnement du détecteur à ultrasons