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Muitos pontos fortes, poucas limitações: explicação da tecnologia ultrassônica

Os sensores ultrassônicos detectam todos os objetos refletores de som. Para calcular a distância, mede-se o tempo desde a transmissão até a recepção de um sinal sonoro. Aqui a cor, a transparência e a reflexão da superfície do objeto não importam.

Comparação de sensores ultrassônicos com outras soluções para a detecção de posição

Esta tabela mostra o desempenho de diferentes tecnologias sob determinadas condições.

Ultrassom Indutivo Capacitivo Óptico
Grande alcance até o objeto 1
Independentemente da cor / transparência 11
Independente do material
Variações de temperatura
Depósitos no sensor 2 3
Resistência à luz externa
Alta umidade ambiente


1) por exemplo: filmes plásticos/vidros finos e claros transparentes
2) se não for excessivo
3) se não for condutivo

Funcionalidade do sensor ultrassônico

No modo de operação, é aplicada uma tensão ao transdutor. Devido ao efeito piezo-elétrico, o transdutor é estimulado para vibrar e gerar um pulso sonoro. Agora o emissor de impulso liga o sensor no modo receptor e a medição do tempo começa. Se o impulso de som chegar ao objeto, um eco é refletido de volta para o transdutor acústico. O eco do impulso de som faz o transdutor acústico vibrar e devido ao efeito piezoelétrico, uma tensão é criada e a medição do tempo para. O tempo medido e a velocidade do som podem então ser usados para determinar a distância do objeto.

Estrutura de um transdutor ultrassônico

  1. O elemento piezo emite e recebe o sinal de som (largura de banda 40…300 kHz)
  2. Devido à integração com espuma, o elemento piezo pode vibrar livremente.
  3. Fixação
  4. A camada de nivelamento adapta-se à impedância acústica entre o ar e o elemento piezo.
  5. Onda sonora

Quando devo usar um sensor ultrassônico de reflexão difusa? O que dever ser considerado?

Os sensores de reflexão difusa avaliam a onda sonora refletida pelo objeto por meio da medição do tempo, e determinam assim a distância até o objeto. A imagem mostra a faixa de detecção e o comportamento de comutação do sensor. Como o transdutor atua tanto como transmissor e receptor e requer um tempo de comutação correspondente, há uma distância mínima, a zona cega, na qual não é possível avaliar o sinal.

Quando devo usar um sensor ultrassônico retro-reflexivo? O que dever ser considerado?

Com um sensor retro-reflexivo, o som emitido é devolvido por um refletor definido, como por exemplo, uma parede ou uma placa metálica. Um objeto é detectado assim que interrompe o sinal refletido. Isto torna as sensores ultrassônicos retro-reflexivos adequados para objetos com características ruins de reflexão sonora, tais como espuma, objetos com superfícies irregulares ou formas angulares. Como este tipo de sensor apenas avalia se um eco é recebido, esses sensores não possuem áreas cegas.

Quais informações as curvas de resposta fornecem sobre um sensor ultrassônico?

Curvas de resposta ajudam o usuário a decidir se um determinado sensor é apropriado para resolver uma determinada aplicação. Estas curvas estão incluídas na ficha técnica do produto. Uma descrição detalhada pode ser encontrada no documento. As Informações básicas para a montagem e operação estão disponíveis na página do produto na seção "Downloads".

No caso de objetos que se aproximam do sensor de maneira axial (como um nível de tanque), o sensor detecta o objeto assim que ele alcança a curva de comutação.

Se curva de som for muito grande para as exigências de uma aplicação, deve-se considerar usar um tubo de som para poder canalizar melhor o som.

Pode ser necessário testar na aplicação para garantir um funcionamento adequado.

Que influências podem afetar o comportamento de medição dos sensores ultrassônicos?

Sensores ultrassônicos não sofrem interferência decorrentes de variações da temperatura do ar, pressão do ar e umidade do ar (eles possuem uma compensação de temperatura integrada). O desempenho também pode ser influenciado por outros fatores.

  1. Turbulências de ar: a propagação de som e desta forma, a medição, pode ser influenciada negativamente por turbulências do ar. Turbulências de ar podem ser causadas pelo vento, ar comprimido e ventiladores de refrigeração. A influência pode ser diminuída por blindagem física do sensor / da distância de medição da turbulência.
  2. Material do objeto e características da superfície: materiais que absorvem som ou superfícies que desviam o som do sensor, são difíceis de detectar com sensores ultrassônico de reflexão difusa. Um sensor ultrassônico retro-reflexivo pode ser uma melhor opção.
  3. Velocidade do objeto: sensores de reflexão difusa possuem em geral frequências de comutação de no máximo 10 Hz e, portanto, não são adequados para aplicações de alta velocidade.
  4. Tamanho do objeto: os objetos devem ter um tamanho mínimo para serem detectados de forma confiável. Quanto menor for um objeto, menor será o alcance de detecção no qual ele pode ser detectado de forma confiável pelo sensor ultrassônico.
  5. Orientação do objeto: no caso de aplicações com sensor fotoelétrico difuso, o sensor dever estar posicionado paralelamente ao objeto. Em superfícies lisas podem ser toleradas rotações de até 4 graus.
  6. Superfícies muito sujas: pequenas quantidades de poeira e umidade são removidas da superfície devido à oscilação do transdutor acústico. O desempenho só piora quando há um acúmulo excessivo na superfície de medição.
  7. Influência mútua: sensores ultrassônicos são propensos à influência mútua quando são instalados próximos uns dos outros. Observar as distâncias de instalação especificadas no manual de operação.