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技術概覽

超音波感應器檢測所有聲反射物體,並測量聲音訊號從傳輸到接收的時間,不受目標物的顏色、透明度和表面反射率影響。

超音波感應器與其他幾種位置感應器的比較

各項技術的性能評估及其影響因子如下表所示。

  電感式 電容式 光電技術 超音波
溫度
溼度
感應器表面灰塵 3 4
外部光線
雜訊 2
顔色 / 透明度 1
物體距離 低度 低度 高度 高度
強亂流

1) 例如:薄且透明的薄膜/玻璃
2) 無相互干擾的情況下
3) 不導電的情況下
4) 積塵厚度不高的情況下

運作原理

 

 

換能器是利用高壓運作。換能器在壓電效應之下振動,將猝發聲傳遞到空氣中時,時脈脈衝產生器將感應器切換到接收模式並啟動時間測量。當猝發聲擊中目標物,猝發聲回音反射回換能器,藉由壓電效應讓換能器振動,並停止時間測量。

 

超音波換能器的結構如下圖所示。

  1. 壓電元件發送和接收聲音 (200 ~ 400 千赫)
  2. 內部裝上發泡材,使壓電元件自由振動
  3. 夾具
  4. 適應層進行空氣和壓電元件之間的聲阻抗匹配
  5. 聲波

檢測區域 – 漫反射式超音波感應器

有的超音波感應器僅利用目標物的回音進行檢測,稱為漫反射感應器。檢測區域和輸出狀態如下圖所示。注意盲區的存在。這是感應器生成、接收和評估訊號所需最短距離。

應用領域 – 鏡片反射式超音波感應器

鏡片反射式感應器用於檢測聲反射效果較差的物體,例如泡沫、粗糙表面和角形。這種感應器沒有盲區。然而,它必須借助金屬板或牆壁之類的反射體達到目的。

響應曲線

響應曲線能幫助使用者確定特定超音波感應器在特定用途方面的適用性。這些曲線包含於產品規格書和說明書當中,可從規格書下載,與從側面接近感應器的目標物有關。

在目標與軸平行接近感應器的情況下 (如液位應用器) ,目標物一抵達接通曲線便會被檢測到。

針對過大的響應曲線,請考慮使用 E23000  以更有效地集中聲音。

為確保功能正常,此一特定用途可能要先測試。

影響因子

超音波感應器不受氣溫 (內建溫度補償)、氣壓和濕度的變化影響,但是性能可能受其他因子影響。

  1. 擾流 – 強烈擾流可能不利於聲音傳播,從而影響測量準度。亂流來自於風、壓縮空氣和冷卻風扇。以實體保護感應器和測量亂流距離,可將亂流的影響最小化。
  2. 目標物材質和表面特徵 – 吸音材料或將聲音反彈的表面,對超音波感應器來說都難以檢測。對照式光電感應器的檢測效果可能更好。
  3. 目標物速度 – 漫反射式超音波感應器的切換頻率一般在 10 赫茲以下,因此不適用於檢測高速移動物體。
  4. 目標物尺寸 – 一般能以雷射感應器檢測的微小目標已超出超音波感應器的能力。檢測小目標物並非不可能,但通常以縮小量程為代價。
  5. 目標物方向 – 利用漫反射式超音波做檢測時,感應器表面應與目標物平行。光滑表面最大可容許 4 度偏差。
  6. 表面過髒 – 表面振動能使少量的灰塵和水分脫落,但是大量積塵會降低性能。
  7. 串音 – 如果超音波感應器間距太近,則容易發生串音現象。請按照安裝說明中的距離進行安裝。