Quels sont les modes de fonctionnement des capteurs à ultrasons ?
Mode barrage avec deux barrières à ultrasons
Avec deux capteurs à ultrasons
En mode barrage, deux capteurs à ultrasons sont orientés face à face. Ainsi, on vérifie que le récepteur reçoit bien le signal venant de l’émetteur. Les capteurs à ultrasons wenglor peuvent être paramétrés comme émetteur ou récepteur. Ce mode ne permet pas de mesurer des distances, mais d’identifier des objets ou de les différencier.Capteurs à fourche pour détection d’étiquette
Les fourches à ultrasons sont des capteurs spéciaux fonctionnant en mode barrage. Ils détectent les étiquettes sur n’importe quel type de support, indépendamment de la couleur, de la transparence ou des propriétés de la surface. L’émetteur et le récepteur se font face au sein d’un même boîtier.Comment fonctionne un capteur à ultrasons ?
Fonctionnement et structure d’un capteur de distance à ultrasons
Identification et mesure à l’aide d’un capteur
Un capteur de distance à ultrasons détecte des objets sans contact et mesure la distance entre le capteur et l’objet concerné. Pour ce faire, il émet une brève onde sonore haute fréquence à intervalles réguliers en direction de la tête du capteur. Celle-ci se propage dans l’air à la vitesse du son. Si l’impulsion sonore rencontre un objet, elle est alors réfléchie et repart en direction du capteur à ultrasons. Dans le détecteur à ultrasons, la distance qui le sépare de la cible est calculée en mesurant la durée entre l’émission et la réception de l’impulsion sonore.
Différentes sorties TOR
Deux sorties TOR numériques indépendantes permettent de détecter deux positions (capteur de position) ou des niveaux (capteur de niveau). Une sortie analogique permet de déterminer la distance/la mesure effective sous forme soit de courant (4…20 mA) soit de tension (0…10 V). Cette valeur peut également être affichée via une interface IO-Link. Les sorties TOR peuvent être configurées en NPN (low side), PNP (high side) ou push-pull (symétrique).Comment un capteur à ultrasons mesure-t-il la distance d’un objet ?
Le temps permet de déterminer la distance entre le capteur et l’objet. La distance est calculée selon la formule suivante :
Cette formule établit la relation entre la distance L (length), le temps entre l’émission et la réception de l’onde ultrasonique T et la vitesse du son C (celerity).Distance L = ½ × T × C
Quels sont les modes de fonctionnement d’un capteur à ultrasons ?
Qu’est-ce que le mode barrage ?
En mode barrage (également appelé mode commun, mode barrière ou montage opposé), deux capteurs à ultrasons, un émetteur et un récepteur, se font face ou forment un angle. Sous ce mode de fonctionnement, la portée des capteurs est plus importante et leur fréquence de commutation plus élevée.
Exemple pratique : détection d’un film
Exemple pratique : détection d’un film
Qu’est-ce que le mode synchrone ?
En mode synchrone, les capteurs à ultrasons émettent leurs impulsions ultrasoniques simultanément. Ils sont synchronisés. Cela permet de détecter un ou plusieurs objets sur une surface plus importante. Pour une même application, jusqu’à 40 capteurs peuvent fonctionner simultanément en mode synchrone.
Exemple pratique : détection d’une longue planche en bois sans décalage dans le temps (synchronisée)
Exemple pratique : détection d’une longue planche en bois sans décalage dans le temps (synchronisée)
¿Qué es el modo multiplexor?
En el modo multiplexor, los sensores de ultrasonidos envían sus impulsos alternativamente. Este modo de funcionamiento evita que los sensores próximos entre sí se influyan unos a otros. En el modo multiplexor, pueden funcionar hasta 16 sensores en una misma aplicación.
Ejemplo práctico: se monitoriza el nivel de llenado de una amplia superficie de un líquido en un recipiente
Ejemplo práctico: se monitoriza el nivel de llenado de una amplia superficie de un líquido en un recipiente
¿Cuál es la diferencia entre los sensores de ultrasonidos, los sensores de distancia, los sensores réflex y los sensores de horquilla?
El experto en ultrasonidos de wenglor, Dominik Jeßberger, conoce la diferencia:
“A los sensores de distancia réflex también se les denomina sensores réflex de ultrasonidos, sensores de proximidad o sensores de distancia ultrasónicos. En función del sector, se utilizan distintos términos. En última instancia, estos productos sirven para medir o controlar la distancia, verificar los niveles de llenado o contabilizar o detectar objetos.
Solo los sensores en horquilla por ultrasonido sirven para detectar etiquetas debido a su estructura: disponen de un ancho de horquilla extraordinariamente pequeño, un emisor y un receptor, así como una frecuencia sonora mejorada.”
¿Qué es un cono sónico?
El cono sónico determina la zona en la que los sensores ultrasónicos pueden detectar los objetos de forma segura. En los sensores de wenglor, los conos sónicos se pueden ajustar dependiendo del caso de aplicación. La imagen muestra el cono sónico ajustable del sensor de distancia UMS123U035.
La estructura de la superficie del objeto que se va a medir no influye en el resultado de medición. De ahí que puedan detectarse mercancías a granel sin forma definida, láminas punzonadas con orificios u objetos pese a sus saltos y movimientos. Por ello, en las superficies sin forma definida, el ángulo de abertura es especialmente amplio, mientras que en las superficies más pequeñas, el ángulo de abertura se ajusta para que sea más estrecho.
¿Qué es el ángulo de abertura?
El parámetro α define el ángulo de abertura del cono sónico que emite el sensor ultrasónico.
La estructura de la superficie del objeto que se va a medir no influye en el resultado de medición. De ahí que puedan detectarse mercancías a granel sin forma definida, láminas punzonadas con orificios u objetos pese a sus saltos y movimientos. Por ello, en las superficies sin forma definida, el ángulo de abertura es especialmente amplio, mientras que en las superficies más pequeñas, el ángulo de abertura se ajusta para que sea más estrecho.
¿Qué ocurre cuando el cono sónico supera en tamaño al objeto?
Para que el sensor de ultrasonidos pueda medir el tiempo entre la señal de emisión y la señal de recepción, el objeto que hay que detectar debe reflejar suficiente sonido. Cuanto menor sea la superficie del objeto de medición, menor será el sonido que se refleje. Si el objeto es demasiado pequeño, no se reflejará suficiente sonido, y el sensor ya no podrá detectar el objeto de medición. Para los objetos de medición pequeños, hay que utilizar sensores con un cono sónico estrecho. Con un haz de sonido enfocado, una gran parte de la energía sónica incide directamente en el objeto. De este modo, el objeto de medición devuelve prácticamente toda la energía sónica y así es percibida por el sensor. En general, no supone ningún problema que el objeto de medición sea más pequeño que el cono sónico. Para el punto de conmutación, el sensor se orienta primero hacia el objeto que hay que detectar.Para la detección de objetos muy pequeños, son más indicados los sensores optoelectrónicos con luz láser.
¿Cómo se ve afectado el cono sónico por los accesorios?
El cono sónico de un sensor de ultrasonidos puede verse afectado por la colocación de los accesorios delante de la zona de detección del sensor. Un tubo de sonido (o accesorio de transmisión sonora) sirve para transmitir el sonido y reducir el cono sónico, de manera que sea posible realizar una medición precisa a través de pequeños orificios. Especialmente durante el proceso de llenado en la industria alimentaria y farmacéutica, es necesario realizar mediciones del nivel de llenado en recipientes con orificios estrechos como botellas, cánulas o viales. El accesorio de transmisión sonora permite una ampliación sencilla del sensor de ultrasonidos en el tamaño miniatura 1K, sin modificar el tamaño de montaje (32 × 16 × 12 mm).¿Qué es el ultrasonido?
Ultrasonido se refiere al sonido con una frecuencia entre 20 kHz y 1 GHz (frecuencia de ultrasonidos). El ultrasonido se encuentra por encima del umbral de audición humana y, por tanto, no puede ser escuchado por las personas. En los sistemas de sensores se utilizan normalmente entre 40 kHz y 400 kHz.
¿Es posible desviar el cono ultrasónico?
Es posible desviar las ondas de ultrasonidos con otro objeto. Este objeto debe presentar una superficie dura y plana que transmita bien la señal. Es importante asegurarse de que solo se produzca una desviación. Varias desviaciones dan lugar a una disminución significativa del alcance de las ondas sonoras. Para asegurarse de que no hay un exceso de suciedad en la zona de detección, puede utilizarse un deflector (p. ej., Z0024).
¿Qué es un oscilador en un sensor ultrasónico?
En un sensor de ultrasonidos, se denomina oscilador, zona de detección, convertidor de cerámica o transductor al área del sensor en la que se genera la señal. Puesto que esta superficie vibra, el sensor es resistente a cierto grado de contaminación: la suciedad no se adhiere al oscilador, sino que se despega con ligeros movimientos.
Transductor cerámico frente a transductor MEMS
Transductor cerámico
El núcleo de un sensor de ultrasonidos es un convertidor piezoeléctrico que, gracias a sus propiedades bidireccionales, además de generar señales acústicas recibe el eco reflejado. Al hacerlo, un disco cerámico piezoeléctrico comienza a vibrar debido a una tensión eléctrica, generando así las ondas ultrasónicas.
Transductor MEMS
El chip MEMS está construido como un sistema en chip (SoC) en el que están integrados el convertidor ultrasónico (transducer) y el módulo de análisis. El SoC controla un convertidor ultrasónico micromecánico piezoeléctrico (PMUT), que genera impulsos ultrasónicos con una frecuencia definida. Dichos impulsos son reflejados por objetos dentro del rango. Los ecos de retorno son recibidos por el PMUT, digitalizados y almacenados directamente en la memoria de datos en el chip para su posterior procesamiento.
Ventajas de los sensores de ultrasonidos
Supresión de fondo excepcional
Puesto que la distancia se determina mediante ondas de ultrasonidos, el fondo sobre el que se encuentra el objeto es prácticamente irrelevante.
Se detectan prácticamente todos los materiales
Todos los materiales que reflejen el sonido pueden detectarse. El material duro refleja especialmente bien la energía de impulsos. En este caso, los colores, las formas o la transparencia no tienen ninguna influencia. De este modo, además de la madera, el plástico y el metal, también se detectan láminas finas o vidrio.
Gran amplitud de distancias
Los sensores de ultrasonidos de wenglor detectan objetos muy cercanos (3 cm) y hasta a seis metros de distancia.
Resistentes a la influencia de perturbaciones
La suciedad, la niebla y el polvo apenas afectan al funcionamiento de los sensores.
¿Qué objetos detectan los sensores de ultrasonidos?
Los sensores de distancia de ultrasonido miden las distancias con exactitud, independientemente del material, la superficie, el color o la transparencia.
Se detectan prácticamente todos los objetos
Los objetos semitransparentes o completamente transparentes como el vidrio o los líquidos reflejan las ondas de ultrasonidos. Los objetos granulados, en polvo o brillantes se detectan de forma muy fiable.
Resistentes al polvo, la niebla y la suciedad
En la detección de objetos mediante ultrasonidos, la suciedad, el polvo, el humo o la niebla no tienen ninguna influencia.
Detección de formas complejas
En los controles de presencia, los ultrasonidos detectan de forma fiable objetos con formas complejas como las rejillas o los muelles.
Detección de objetos en medios agresivos y espuma
Para la detección de objetos mediante ultrasonido con una carcasa de acero inoxidable V4A, no importa si los medios son agresivos o si hay espuma, agua o grandes fluctuaciones de temperatura.
¿Qué objetos no pueden detectar de forma óptima los sensores de ultrasonidos?
- Los materiales blandos como la lana, la tela, la gomaespuma o el fieltro absorben el sonido o lo reflejan de forma difusa. De modo que un sensor de ultrasonidos mide a través del material blando y detecta la base dura (p. ej., la mesa situada detrás).
- Los objetos con una temperatura extremadamente elevada hacen que el eco no alcance el cabezal del sensor o lo haga solo de forma difusa.
- Los factores ambientales como las turbulencias del aire pueden afectar a la calidad del eco y, por lo tanto, a las mediciones. La influencia de la temperatura ambiente queda anulada mediante la compensación de temperatura.
Sectores e industrias donde se utilizan los sensores de ultrasonidos
Los sensores de ultrasonidos aportan grandes innovaciones a la industria maderera. En esta industria, los sensores son especialmente relevantes, ya que son extremadamente resistentes a la contaminación y funcionan de forma segura incluso en productos que presentan polvo o serrín. De este modo, los costes de mantenimiento son mínimos.
Por un lado, existe la posibilidad de realizar una consulta de barreras mediante salidas de conmutación, como los controles de presencia de la madera en el proceso de avance completo de una línea de aserrado. Por el otro, es posible determinar las distancias mediante una salida analógica o evaluarlas mediante IO-Link.
Por un lado, existe la posibilidad de realizar una consulta de barreras mediante salidas de conmutación, como los controles de presencia de la madera en el proceso de avance completo de una línea de aserrado. Por el otro, es posible determinar las distancias mediante una salida analógica o evaluarlas mediante IO-Link.
En la industria farmacéutica se mezclan, transportan y envasan diferentes materiales. Durante dichos procesos, totalmente automatizados, es necesario supervisar continuamente los niveles de llenado. En este caso, se utilizan sensores de distancia de ultrasonido, ya que estos determinan la existencia y la distancia hasta el objeto independientemente del color, el estado de agregación o las características de la superficie. Además, hay disponibles sensores de ultrasonidos en formato de acero inoxidable para cumplir los exigentes requisitos higiénicos de la industria farmacéutica.
El uso de sensores de ultrasonidos en la industria alimentaria ofrece una amplia gama de aplicaciones. Detectan objetos independientemente del color y la superficie. Los diferentes formatos permiten el uso en cualquier tipo de situación de montaje. Los sensores de ultrasonidos en formato de acero inoxidable y clase de protección IP67/68 tienen una gran demanda en el sector de la alimentación, ya que cumplen las normas de higiene y están protegidos frente a las salpicaduras de agua.
Es posible realizar consultas de barreras mediante salidas de conmutación, como controles de presencia, así como determinar distancias mediante salidas analógicas y evaluaciones mediante IO-Link, entre otros, para la medición de niveles de llenado.
Es posible realizar consultas de barreras mediante salidas de conmutación, como controles de presencia, así como determinar distancias mediante salidas analógicas y evaluaciones mediante IO-Link, entre otros, para la medición de niveles de llenado.
En la industria del embalaje, se utilizan materiales de colores, brillantes o transparentes. En este caso, los productos se embalan de manera segura en función de su aplicación, forma y tamaño. Para garantizar el transporte continuo de los materiales de embalaje, los sensores de distancia por ultrasonidos determinan la existencia, el nivel de llenado y la distancia hasta los diferentes materiales. Los sensores de ultrasonidos detectan diversos productos independientemente del color o el grado de brillo y, por lo tanto, tienen una gran demanda en la industria del embalaje.
En la industria del metal, los sensores de ultrasonidos tienen gran demanda, ya que es necesario detectar de forma segura los metales brillantes, mates, bruñidos o incluso revestidos. En los sensores de ultrasonidos, el grado de brillo de los materiales no tiene ninguna influencia. Los controles del nivel de llenado de las reservas de material se realizan así de forma segura, como el control y la medición del diámetro de las bobinas de hojalata. Gracias a su insensibilidad a la contaminación, en este sector se prefiere utilizar sensores, ya que siguen funcionando de forma segura en condiciones ambientales de humedad y suciedad.
En la industria de los materiales de construcción, es necesario detectar de forma segura diferentes materiales como la madera, la piedra, el plástico, la arena, el hormigón o incluso el vidrio. Los sensores de ultrasonidos detectan los diferentes materiales de construcción de forma segura y fiable, ya que el color, el estado de agregación o las características de la superficie desempeñan un papel secundario para los sensores de ultrasonidos. La amplitud del cono sónico permite detectar de forma segura tablas o palés con huecos. Incluso en condiciones ambientales adversas es posible utilizar sensores de ultrasonidos en la industria de los materiales de construcción, gracias a su insensibilidad a la contaminación.
In der Getränkeindustrie müssen Objekte wie Flaschen, Dosen und Gebinde sicher erkannt werden. Ultraschallsensoren eignen sich ideal dazu, Objekte aus Glas, Aluminium oder PET unabhängig von deren Form, Farbe, Position, Oberfläche und Größe zu erfassen. In Pfandrückgabeautomaten wird ein verschmutzungsunempfindlicher Ultraschall-Distanzsensor mit einer breiten Schallkeule installiert, welcher auch sich bewegende und springende Objekte sicher erfasst. Der Hintergrund wird dabei vollständig ausgeblendet.
Auch in Verwendung zur Füllstandserkennung und -kontrolle in Abfüllanlagen arbeiten Ultraschallsensoren prozesssicher.
Auch in Verwendung zur Füllstandserkennung und -kontrolle in Abfüllanlagen arbeiten Ultraschallsensoren prozesssicher.
Die Anforderungen an den heutigen Maschinenbau sind vielfältig. So müssen Einzelmaschinen oder automatisierte Fertigungszellen sicher und schnell die hohen Produktionsanforderungen und unterschiedlichen Applikationsanforderungen erfüllen. Ultraschallsensoren sorgen dafür, dass aufgrund des Funktionsprinzips jegliche Oberflächen, Materialien, Formen und Farben erkannt werden. Ultraschallsensoren sind echte Alleskönner: Sie eignen sich bestens zur Detektion transparenter, glänzender und dunkler Objekte, spiegelnder Oberflächen und Materialien aller Art – egal ob fest oder flüssig, rau oder glatt, porös oder lichtdurchlässig. Die Oberflächenstruktur hat keinen Einfluss auf das Messergebnis. Umgebungsbedingungen wie Staub, Dampf, Verschmutzungen oder der Einfluss von Fremdlicht stören Ultraschallsensoren nicht.
Die Herausforderungen in der Elektronikindustrie sind flexible Produktionslinien und wenig Stillstandszeiten. Moderne Ultraschallsensoren müssen schnell und zuverlässig arbeiten.
Ein Ultraschallsensor mit großem Schallkegel erfasst die laminierten, gelochten und gestanzten Bögen unabhängig von Farbe, Transparenz und Oberfläche.
Ein Ultraschallsensor mit großem Schallkegel erfasst die laminierten, gelochten und gestanzten Bögen unabhängig von Farbe, Transparenz und Oberfläche.
In der Automobilindustrie helfen Ultraschallsensoren dunkle, transparente oder spiegelnde Objekte sicher zu erkennen. Aufgrund des Funktionsprinzips und der Schallkeule detektieren sie Objekte mit verschiedensten Formen und Reflexionseigenschaften. Durch die Unempfindlichkeit gegenüber Staub und Verschmutzung arbeiten sie sehr effizient und zuverlässig. So werden in der Automobilproduktion transparente Glasscheiben zuverlässig transportiert. Ebenso ist die Objekterkennung unregelmäßiger, kleiner oder schwarzer Kunststoffteile eine Herausforderung, welche die Ultraschallsensoren mühelos leisten.
Ultraschallsensoren sind für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen wie der Druckindustrie sehr gut geeignet. Durch die Unempfindlichkeit gegenüber Staub und Verschmutzung arbeiten sie sehr effizient und zuverlässig.
Ultraschall-Gabelsensoren erkennen Etiketten auf jedem beliebigen Trägermaterial unabhängig von Farbe, Transparenz oder Oberflächenbeschaffenheit.
Aufgrund ihres Funktionsprinzips eignen sie sich ideal zur sicheren und berührungslosen Etikettenerkennung.
Ultraschall-Gabelsensoren erkennen Etiketten auf jedem beliebigen Trägermaterial unabhängig von Farbe, Transparenz oder Oberflächenbeschaffenheit.
Aufgrund ihres Funktionsprinzips eignen sie sich ideal zur sicheren und berührungslosen Etikettenerkennung.
Glasflaschen weisen unterschiedliche Formen, Farbe und Transparenz auf. Ultraschallsensoren werten den vom Objekt reflektierten Schall aus. Dadurch erkennen sie nahezu jedes Objekt unabhängig vom Werkstoff und dessen Beschaffenheit. Ultraschallsensoren eignen sich daher besonders für einen flexiblen Einsatz bei unterschiedlichsten Anwendungen und spiegelnden, glänzenden, dunklen oder transparenten Gläsern und Flaschen.
Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallsensoren
Anwesenheitskontrolle
Folienrisskontrolle
Füllstandskontrolle
Durchhangkontrolle
Roboterpositionierung
Stapelhöhenüberwachung
Etikettenerkennung
Endpositionskontrolle
Einwegschranke
Positionierung
Ultrasonik sensörlerin kurulumunda nelere dikkat edilmelidir?
Genel kullanım
- Ultrasonik cisimden yansımalı sensörlerin kurulumunda aktif yüzeyde (rezonatör) ağır kir birikintileri önlenmelidir.
- Sensörün aktif yüzeyi (rezonatör) serbest kalmalıdır.
- Ürün, mekanik etkilere karşı korunmalıdır.
- Sensörün mekanik olarak kurulumu sağlanmalıdır.
Resim, bir ultrasonik sensörün optimum montajını göstermektedir. Çok sert ve pürüzsüz objelerde, ses ekseni ile obje yüzeyi arasındaki açı 90° ± 3° olmalıdır. Çoğu obje yüzeyinde açı daha büyük olabilir.
Dış etkenlerin etkisi
Rüzgar, cereyan, basınçlı hava gibi hava akımları, belirli koşullar altında ultrasonik sensörlerin ölçümünü etkileyebilir. Bu özel etkiler, geleneksel endüstri ortamlarında modern ultrasonik sensörler ile ortadan kaldırılabilir. Ultrasonik sensörler duyulabilir mi?
Ultrasonun kendisi insan kulağı tarafından duyulamaz, ancak ultrasonik sensörler çalışma sırasında ses paketleri yayarak düşük frekanslı sesler üretmektedir. Modern ultrasonik sensörlerde rezonatörün titreşimi neredeyse duyulmaz.Ultrasonik sensörler ve optik sensörler arasındaki farklar nelerdir?
Obje algılama
Ultrasonik sensörler algılama için ses dalgalarını kullanırken optik sensörler genellikle kızılötesi ışık, kırmızı ışık, mavi ışık veya lazer ışığı ile çalışır. Önemli bir fark, sorgu alanının büyüklüğüdür. Kesin uygulama mahiyeti, hangi sensörün ideal olarak kullanılacağını belirler.Algılama hızı
Işık hızı ses hızından daha yüksek olduğundan, optik sensör ultrasonik sensörden daha hızlı ölçer.Açıklayıcı örnek: Optoelektronik ve ultrasonik sensörlerle perfore sac algılama
Optoelektronik sensörler, perfore plakalar, kafesler veya PCB gibi plakaları algılamada ultrasonik sensörlerden farklı davranır. Optoelektronik sensör hassas bir ışık noktası ile ölçüm yaptığından bu uygulamada her delikte devreye girer. Ultrasonik sensörün ses dalgası konisi geniş bir alanı kaplar, bu da bu uygulamada açılan delikler yerine ürünün bütününün algılanmasına yol açar.
