Question 1

Način delovanja ultrazvočnega senzorja

Accepted Answer

Funkcijski diagram ultrazvočnega senzorja

Pretvornik
Oscilator (spodbudi pretvornik)
Ojačevalnik
Ojačevalnik
Primerjalnik (digitalizira signal)
Generator impulzov

V stanju obratovanja, napetost je prisotna pri pretvorniku zvoka. Zaradi piezo-električnega učinka je pretvornik spodbujen k oscilaciji in ustvarja močan zvok. V tem trenutku generator impulzov preklopi senzor v način za prejemanje in začne se merjenje časa. Ko močan zvok zadene ob ciljni predmet, se odjek odbije nazaj do pretvornika. Odjek močnega zvoka povzroči, da pretvornik zavibrira zaradi piezo-električnega učinka in merjenje časa se ustavi. Na podlagi izmerjenega časa in hitrosti zvoka je mogoče določiti razdaljo do ciljnega predmeta.

Razdalja do ciljnega predmeta se izračuna z merjenjem časa z uporabo naslednje enačbe:

d = c * t / 2
, pri čemer je d = razdalja (m)
c = hitrost zvoka [m/s]
t = čas (s)

Question 2

Zgradba ultrazvočnega pretvornika

Accepted Answer

Piezo-element pošilja in prejema zvok (območje od 40…300 kHz)
Nameščanje z integralno peno omogoča prosto vibriranje piezo-elementa
Pritrdilo
Prilagodilna plast prilagodi akustično impedanco med zrakom in piezo-elementom
Zvočni val

Question 3

Kdaj uporabljamo razpršilni način ultrazvočnega senzorja?

Accepted Answer

Mogoče so vse linearne smeri gibanja (x, y, z). Izogibajte se vrtenju osi za več kot 4°.

Razpršilni odbojni senzorji ocenijo zvočni val, ki se odbije od predmeta z merjenjem časa, da določijo razdaljo do predmeta. Slika prikazuje območje zaznavanja in preklopno vedenje senzorja. Dejstvo, da pretvornik sočasno deluje kot oddajnik in in sprejemnik in da potrebuje čas za preklop, pomeni minimalno razdaljo, imenovano slepo območje, v kateri ni mogoče ovrednotiti signala.

Question 4

Kdaj uporabljamo retro-odbojni način ultrazvočnega senzorja?

Accepted Answer

Z retro-odbojnimi senzorji se oddani zvok vrne prek določenega odbojnika, npr. stene ali kovinske plošče. Predmet je zaznan, če je odbiti signal prekinjen. Retro-odbojni način ultrazvočnih senzorjev se uporablja za predmete s slabo odbojnostjo zvoka, npr. peno, nazobčane površine in kotne oblike. Ker vrednotijo samo prejemanje odjeka, pri teh senzorjih ni slepega območja.

Question 5

Katere informacije dobimo z odzivnimi krivuljami o ultrazvočnem senzorju?

Accepted Answer

Odzivne krivulje pomagajo uporabniku določiti primernost določenih ultrazvočnih senzorjev za posebne vrste uporabe. Te krivulje so prikazane na podatkovnem listu izdelka. Podroben opis najdete v dokumentu »Splošne informacije glede nameščanja in delovanja« na strani izdelka v razdelku »Prenosi«.

Razdalja: V osi X, zaznavno območje. V osi Y, širina zvočnega žarka.
Območje zaznavanja: Če je polovica standardnega ciljnega predmeta v območju zaznavanja.
Krivulja vklopa: Krivulja opisuje točko vklopa, ko se rob standardnega ciljnega predmeta bočno približa.
Ciljni predmet: Velikost ciljnega predmeta je odvisna od največjega dometa senzorja. Glejte podatkovni list.
50% cilja v območju zaznavanja
Točka preklopa

Za ciljne predmete, ki se osno približujejo senzorju (kot pri uporabi za raven v rezervoarju), bo senzor zaznal ciljni predmet, ko ta doseže krivuljo vklopa.

Za vrste uporabe, pri katerih je zvočna krivulja prevelika, razmislite o uporabi zvočne cevi za boljše osredotočanje zvoka.

Za zagotavljanje ustreznega delovanja bo pri določenih vrstah uporabe mogoče potrebno preizkušanje.

Question 6

Kateri dejavniki lahko vplivajo na učinkovitost ultrazvočnih senzorjev?

Accepted Answer

Na ultrazvočne senzorje ne vplivajo sprememba temperature zraka (imajo vgrajeno enoto za kompenzacijo temperature), zračnega tlaka in vlažnosti. Vseeno pa lahko drugi dejavniki vplivajo na njihovo učinkovitost.

Zračne turbulence – močna zračna turbulenca lahko negativno vpliva na ustvarjanje zvoka in posledično na meritev. Viri zračne turbulence vključujejo veter, stisnjen zrak in hladilne ventilatorje. Vpliv je mogoče zmanjšati s fizično zaščito senzorja/merilno razdaljo od turbulence.
Material ciljnega predmeta in značilnosti površine – materiali, ki absorbirajo zvok, ali površine, ki odbijajo zvok stran od senzorja so težko zaznavni z ultrazvočnimi senzorji z razpršilnim načinom. Tukaj bi lahko bili boljša rešitev ultrazvočni senzorji z retro-odbojnim načinom.
Ciljna hitrost – ultrazvočni senzorji z razpršilnim načinom imajo običajno preklopne frekvence 10Hz ali manj in niso uporabni za uporabi pri visokih hitrostih.
Velikost ciljnega predmeta – ciljni predmeti morajo izpolnjevati minimalne zahteve glede velikosti, da so lahko zanesljivo zaznani. Manjši kot je ciljni predmet, krajši je domet zaznavanja, pri katerem je mogoče zanesljivo zaznavati z ultrazvočnim senzorjem.
Usmerjenost ciljnega predmeta – za razpršilne ultrazvočne uporabe mora biti pročelje senzorja vzporedno s ciljnim predmetom. Na gladkih površinah je mogoče tolerirati odstopanja do 4°.
Umazanost pročelja – male količine prahu in vlage se lahko oddajajo zaradi vibracij pretvornika, večje količine pa bodo zmanjšale učinkovitost.
Crosstalk – ultrazvočni senzorji so dovzetni za navzkrižne interference, če so nameščeni preblizu skupaj. Upoštevajte montažne razdalje, navedene v navodilih za uporabo.

	Ultrazvočno	Induktivno	Fotoelektrično
Velika razdalja do predmeta
Neodvisno od barve/prosojnosti			¹
Neodvisno od materiala
Temperaturna nihanja
Obloge na senzorju	²	³
Neobčutljivost na zunanjo svetlobo
Visoka vlažnost okolice

Veliko prednosti, malo omejitev: Kako deluje ultrazvočna tehnologija

Primerjava ultrazvočnih senzorjev z drugimi izdelki za zaznavanje položaja

Način delovanja ultrazvočnega senzorja