Question 1

超音波センサの機能原理

Accepted Answer

超音波センサの機能図

変換器
発信器（変換器を刺激）
増幅器
増幅器
コンパレータ（信号をデジタル化）
クロックパルスジェネレータ

動作状態では、音響変換器に電圧がかかっています。圧電効果により、変換器は励起されて振動し、衝撃音を生成します。この時点でクロックパルスジェネレータがセンサを受信モードに切替え、時間の測定が始まります。衝撃音が対象物に当たると、エコーが反射して変換器に戻ります。衝撃音のエコーにより、圧電効果で変換器が振動し、時間の測定が停止します。測定した時間と音速に基づいて、対象物までの距離を判定できます。

ターゲットまでの距離は次の式を使用して時間測定により計算されます。

d = c * t / 2
ここでd = 距離(m)
c = 音速[m/s]
t = 時間(s)

Question 2

超音波変換器の構造

Accepted Answer

ピエゾ素子が音を送受信（40～300 kHzの範囲）
インテグラルフォームを使用した取付けにより、ピエゾ素子は自由に振動できます
固定具
適合層は空気とピエゾ素子との間の音響インピーダンスに一致します
音波

Question 3

拡散モードの超音波センサはどのような場合に使用しますか。

Accepted Answer

すべての直線移動方向（x、y、z）が可能です。軸が4°を超えて回転しないようにしてください。

拡散反射型光電センサは、時間の測定によって、対象物で反射した音波を評価し、対象物までの距離を判断します。センサの検出距離とスイッチング動作を図に示します。変換器が同時にエミッタとレシーバとして機能すること、切替えに時間を要することにより、不感帯と呼ばれる最小距離が存在し、そこでは信号を評価できません。

Question 4

ミラー反射型の超音波センサはどのような場合に使用しますか。

Accepted Answer

ミラー反射型では、放射された音響は壁や金属プレートなどの定義されたリフレクタによって反射されます。物体は、反射信号を遮ったときに検出されます。ミラー反射型の超音波センサは、泡やギザギザの表面、角度のある形状など、音響反射性能が劣る物体に使用されます。エコーが受信されたかどうかだけを評価するため、これらのセンサでは不感帯はありません。

Question 5

応答曲線は、超音波センサに関してどのような情報を提供しますか。

Accepted Answer

応答曲線は、特定の超音波センサの特定のアプリケーションに対する持続可能性を判断するのに役立ちます。この曲線は製品データシートに記載されています。詳細な説明は、「ダウンロード」セクションの製品ページにある「設置と操作に関する一般情報」ドキュメントにあります。

距離：X軸は検出距離。Y軸は音響ビームの幅。
測定範囲：標準対象物の半分が検出ゾーン内の場合。
スイッチオン曲線：曲線は、標準対象物のエッジが横から近づく場合のスイッチオンポイントを記述しています。
目的：対象物のサイズはセンサの最大検出距離によります。データシートを参照してください。
検出ゾーン内のターゲットの50%
スイッチポイント

センサーに軸方向から接近するターゲット（タンクレベルアプリケーションなど）では、センサーはターゲットがスイッチオン曲線に到達するとすぐにターゲットを検出します。

音波曲線が大きすぎるようなアプリケーションでは、音を十分に集中させるためサウンドチューブを使用することを考慮してください。

ある種のアプリケーションでは、適切に機能することを保証するためのテストが必要な場合があります。

Question 6

超音波センサの性能に影響する要因はどのようなものがありますか。

Accepted Answer

超音波センサは気温（温度補正を内蔵）、気圧、湿度の変化に影響されません。しかし、他の要因が性能に影響することがあります。

気流の乱れ – 強い気流の乱れが音の伝搬に悪影響を与え、その結果測定に影響することがあります。気流の乱れの発生源には、風、圧縮空気、冷却ファンなどがあります。センサ/測定距離を乱れから物理的に遮へいすることによって、影響を最小化できます。
ターゲットの材質および表面特性 – 音を吸収する材質や音をセンサからそれるように屈折させる表面は、拡散反射型の超音波センサでの検出は困難です。この場合、ミラー反射型の超音波センサの方が優れたソリューションです。
ターゲットの速度 – 拡散モードの超音波センサは通常、スイッチング周波数が10Hz以下で、高速アプリケーションには有用ではありません。
対象物のサイズ – 確実に検出するためには、対象物は最小サイズ要件を満たさなければなりません。対象物が小さいほど、超音波センサが確実に検出できる検出距離は短くなります。
ターゲットの向き – 拡散超音波アプリケーションでは、センサー表面がターゲットと平行である必要があります。4°までの逸脱は、表面が滑らかであれば許容されます。
表面の汚れ – 少量のほこりや湿気は、変換器の振動により落とされますが、大量にあると性能が劣化します。
混線 – 超音波センサの設置位置が互いに近すぎると、混線の影響を受けます。取扱説明書に記載の取付け距離に従ってください。

	超音波	誘導式	光電
対象物までの長い距離
色／透明度に影響されない			¹
材質に影響されない
温度変動
センサへの堆積物	²	³
外乱光耐性
高い周囲湿度

多くの強み、わずかな制限：超音波テクノロジーの仕組み

超音波センサとその他の位置検出製品との比較

超音波センサの機能原理