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  3. 超音波センサーのテクノロジー

テクノロジー概要

超音波センサーは音を反射するすべての物体を検出し、音信号の送信から受信までの時間を測定します。ターゲットの色、透明度、および表面の反射率に影響されません。

超音波センサーとその他の位置検出製品との比較

このチャートでは、特定の影響とさまざまなテクノロジーの性能を評価しています。

誘導式 静電容量式 光電 超音波
温度
水分
センサー表面のほこり
外部光
ノイズ
色/透明度
検出体までの距離
Low Low High High
強い気流の乱れ

1) 薄い透明フィルム/ガラスなど
2) 相互干渉がない場合
3) 非導電性の場合
4) 厚すぎない場合

機能原理

動作のためには、変換器に高い電圧がかけられます。これにより変換器は圧電効果により振動し、衝撃音を空中に発します。この時点で、クロックパルスジェネレータがセンサーを受信モードに切り替え、時間の測定を開始します。衝撃音がターゲット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、変換器は圧電効果により振動し、時間の測定が停止します。

超音波変換器はこの画像に示すように構成されます。

  1. ピエゾ素子が音を送受信(200~400 kHzの範囲)
  2. 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
  3. 固定具
  4. 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
  5. 音波

検出ゾーン - 拡散超音波センサー

一部の超音波センサーはターゲットからのエコーのみに依存しています。これは拡散反射型センサーと言われます。次の図は検出ゾーンと出力状態を示します。不感ゾーン、つまりセンサーが信号の生成、受信、評価を行うために必要な最小距離に注意してください。

アプリケーションエリア – ミラー反射型超音波センサー

ミラー反射型センサーは、泡やでこぼこの表面などの音反射特性がよくない検出体や、山型の検出体に使用されます。このタイプのセンサーには不感ゾーンはありません。 ただし、金属板または壁のような反射ミラーが必要です。

音/応答曲線

応答曲線は、特定の超音波センサーが特定のアプリケーションに適しているかどうかを判断するのに役立ちます。これらの曲線は製品データシートおよびデータシートからダウンロードできる「情報カード」に示され、センサーに横方向から接近するセンサーに適用されます。

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E23000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。

影響要素

超音波センサーは気温の変化、気圧、湿度に影響されません。(温度補正が組込まれています)ただし、その他の要因がパフォーマンスに影響することがあります。

  1. 気流の乱れ – 強い気流の乱れが音の伝搬に悪影響を与える場合があり、その結果測定にも影響します。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。センサー/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。
  2. 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受信器からそれるように屈折させる表面は、超音波センサーでの検出は困難です。 透過型光電センサーソリューションの方が適しています。
  3. ターゲットの速度 – 拡散超音波センサーは通常、スイッチング周波数が10 Hz以下で、高速アプリケーションには有用ではありません。
  4. ターゲットのサイズ – 超音波センサーは、レーザーセンサーで検出されるような非常に小さいターゲットは通常検出できません。小型のターゲットは検出できる場合もありますが、通常は検出範囲が減少するというデメリットがあります。
  5. 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。
  6. 表面の過度の汚れ – 少量のほこりや湿気は、表面の振動により落とされますが、大量にあるとパフォーマンスが劣化します。
  7. 混信 – 超音波センサーは互いの距離が近すぎると混信の影響を受けやすいです。取扱説明書に指定されている取付け距離を守ってください。