Question 1

Funktionsprinciper för ultraljudsgivare

Accepted Answer

Funktionsdiagram för en ultraljudsgivare

Transducer
Oscillator (stimulerar transducern)
Förstärkare
Förstärkare
Komparator (digitiserar signalen)
Klockpulsgenerator

I driftläge ligger spänning an på ljudomvandlaren. På grund av den piezo-elektriska effekten stimuleras omvandlaren att oscillera och genererar en ljudimpuls. Nu kopplar klockpulsgeneratorn om givaren till mottagningsläge och tidsmätningen börjar. När ljudimpulsen träffar målet reflekteras ett eko tillbaka till omvandlaren. Ekot från ljudsignalen får omvandlaren att vibrera på grund av den piezo-elektriska effekten och tidsmätningen stoppas. Avståndet till målet kan fastställas baserat på den uppmätta tiden och ljudets hastighet.

Avståndet till målet beräknas genom tidsmätning med följande ekvation:

d = c * t / 2
där d = avstånd (m)
c = ljudets hastighet [m/s]
t = tid (s)

Question 2

En ultraljudsomvandlares uppbyggnad

Accepted Answer

Piezoelementet sänder och tar emot ljud (intervall 40–300 kHz)
Montering med skumplast låter piezoelementet vibrera fritt
Fixtur
Adaptionslager matchar den akustiska impedansen mellan luften och piezoelementet
Ljudvåg

Question 3

När ska jag använda en direktavkännande ultraljudsgivare?

Accepted Answer

Alla linjära rörelseriktningar (x, y, z) är möjliga. Undvik axelrotation på mer än 4°.

Direktavkännande givare analyserar ljudvågen som reflekteras av föremålet genom tidsmätning för att bestämma avståndet till föremålet. Bilden visar detekteringsområdet och givarens omkopplingsbeteende. Det faktum att omvandlare fungerar både som sändare och mottagare och behöver tid för omkoppling leder till ett minsta avstånd som kallas för blindzon där signalen inte kan analyseras.

Question 4

När ska jag använda en reflexavkännande ultraljudsgivare?

Accepted Answer

Med en reflexavkännande givare returneras det utsända ljudet av en definierad reflektor, till exempel en vägg eller metallplatta. Ett föremål detekteras när det bryter den reflekterade signalen. Reflexavkännande ultraljudsgivare används till föremål med dåliga ljudreflekterande egenskaper, bland annat skum, ojämna ytor och vinklade former. Eftersom dessa givare bara analyserar huruvida ett eko tas emot har de ingen blindzon.

Question 5

Vilken information ger svarskurvor om en ultraljudsgivare?

Accepted Answer

Svarskurvor hjälper användaren att avgöra om en särskild ultraljudsgivare är lämplig för att lösa en specifik applikation. Dessa kurvor framgår av produktdatabladet. En detaljerad beskrivning finns i dokumentet med allmän information om montering och drift på produktsidan i avsnittet Downloads.

Avstånd: På x-axeln, avkänningsräckvidd På y-axeln, ljusstrålens bredd
Detekteringszon: Om hälften av standardmålet befinner sig inom detekteringszonen.
Inkopplingskurva: Kurvan beskriver tillkopplingspunkten när närmandet till kanten av standardföremålet sker från sidan.
Mål: Målstorleken beror på givarens maximala räckvidd. Se datablad.
50 % av målet i detekteringszonen
Kopplingspunkt

För mål som närmar sig givaren axialt (som vid en tanknivå-applikation) kommer givaren att detektera målet så fort det når kopplingskurvan.

För applikationer där ljudkurvan är för stor kan det vara lämpligt att använda en Sound tube för att fokusera ljudet bättre.

Testning kan behövas vid den specifika applikationen för att säkerställa att det fungerar korrekt.

Question 6

Vilka faktorer kan påverka ultraljudsgivares prestanda?

Accepted Answer

Ultraljudsgivare påverkas inte av temperaturvariationer (de har inbyggd temperaturutjämning), lufttryck och luftfuktighet. Det finns emellertid andra faktorer som kan påverka deras prestanda.

Luftturbulens – kraftig luftturbulens kan påverka ljudspridningen negativt vilket i sin tur påverkar mätningen. Källor till luftturbulens omfattar vind, tryckluft och kylfläktar. Påverkan kan minimeras genom att fysiskt avgränsa givaren/mätavståndet från turbulensen.
Målmaterial och ytegenskaper – material som absorberar ljud eller ytor som avleder ljud bort från givaren är svåra att känna av med diffus ultraljudsgivare. Här kan en reflexavkännande ultraljudsgivare vara en bättre lösning.
Målhastighet – direktavkännande ultraljudsgivare har vanligen kopplingsfrekvenser på 10Hz eller mindre och är inte användbara för applikationer med höga hastigheter.
Målstorlek – mål måste uppfylla det minsta storlekskraven för att kunna detekteras tillförlitligt. Ju mindre mål, desto kortare är avkänningsavståndet som ultraljudsgivaren kan detekteras på ett tillförlitligt sätt.
Målriktning – för applikationer med diffus ultraljudsgivare bör sensorns framsida vara parallell med målet. Avvikelser på upp till 4° kan tolereras på jämna ytor.
Nedsmutsning av framsidan – små mängder damm och fukt kan avlägsnas genom framsidans vibrationer men större mängder försämrar prestandan.
Ömsesidig påverkan – ultraljudsgivare tenderar att påverka varandra om de är monterad för nära varandra. Följ de monteringsavstånd som framgår av bruksanvisningen.

	Ultraljud	Induktiv	Fotocell
Stort avstånd till föremålet
Oberoende av färg/transparens			¹
Oberoende av material
Temperaturvariationer
Vidhäftning på givaren	²	³
Beständighet mot främmande ljus
Hög omgivande fuktighet

Många styrkor, få begränsningar: Så här fungerar ultraljudsteknik

Jämförelse mellan ultraljudsgivare och andra produkter för positionsavkänning

Funktionsprinciper för ultraljudsgivare