Ultrasonik sensörlerin fonksiyonel prensipleri nelerdir?
Principio barriera unidirezionale con due sensori a barriera a ultrasuoni
Due sensori a ultrasuoni
Nel caso del funzionamento a barriera due sensori a ultrasuoni vengono posizionati l’uno verso l’altro. Così emettitore e ricevitore si trovano esattamente di fronte ed è possibile verificare se il segnale inviato dall’emettitore è stato rilevato dal ricevitore. Nei sensori a ultrasuoni wenglor si può usare la parametrizzazione per impostare quale sensore funge da emettitore e quale da ricevitore. Non sono concepiti per misurare le distanze ma semplicemente per riconoscere e distinguere gli oggetti.Sensori a forcella per il riconoscimento di etichette
I sensori a forcella a ultrasuoni sono sensori speciali che funzionano secondo il principio barriera unidirezionale. Questi rilevano le etichette su qualsiasi substrato indipendentemente dal colore, dalla trasparenza o dalle caratteristiche superficiali. In questo caso emettitore e trasmettitore si trovano uno di fronte all’altro ma dentro la stessa custodia.Bir ultrasonik sensör nasıl çalışır?
Bir ultrasonik mesafe sensörünün çalışma tarzı ve yapısı
Bir sensörle algılama ve ölçme
Bir ultrasonik mesafe sensörü objeleri temassız algılar ve sensör ve ölçülen obje arasındaki mesafeyi ölçer. Bunun için sensör kafasından döngüsel olarak kısa, yüksek frekanslı bir ses dalgası verir. Bu, havada ses hızında yayılır. Ses dalgası bir objeye çarptığında, obje tarafından yansıtılır ve bu şekilde ultrasonik sensöre geri döner. Ultrasonik sensör, ses dalgasının gönderilmesi ve alınması arasındaki süreyi ölçerek hedef objeye olan mesafeyi dahili olarak hesaplar.
Çeşitli anahtarlama çıkışları
İki bağımsız dijital anahtarlama çıkışı sayesinde iki konum (konum sensörü) veya doluluk seviyesi (doluluk seviyesi sensörü) algılanabilir. Analog çıkış üzerinden gerçek mesafe/ölçülen değer – akım (4…20 mA) veya gerilim (0…10 V)olarak gösterilebilir. Bu değer ayrıca IO-Link aracılığıyla da verilebilir. Anahtarlama çıkışları, NPN (negatif taraf), PNP (pozitif taraf) veya itme-çekme (Push-pull) olarak yapılandırılabilir.Bir ultrasonik sensör objeye olan mesafeyi nasıl ölçer?
Sensör ve obje arasındaki mesafeyi belirlemek için zamandan faydalanılır. Mesafe, aşağıdaki fizik formülü kullanılarak hesaplanır:
Bunun için L mesafesi, gönderilen ve alınan ultrasonik dalga T arasında geçen süre ve ses hızı C kullanılır.Mesafe L = ½ × T × C
Bir ultrasonik sensör hangi çalışma modlarına sahiptir?
Bariyer modu nedir?
Bariyer modunda (eş zamanlı veya karşılıklı kurulum), iki ultrasonik sensör verici ve alıcı olarak birbirinin tam karşısında yer alır veya açılı olarak yerleştirilir. Bu çalışma modunda sensörler daha büyük bir çalışma aralığına ve daha yüksek anahtarlama frekansına ulaşır.
Uygulama örneği: Film algılama
Uygulama örneği: Film algılama
Senkronize çalışma modu nedir?
Senkronize çalışma modunda ultrasonik sensörler ultrasonik dalgalarını aynı anda (senkron) gönderir. Böylece daha büyük bir alanda bir veya daha fazla objeyi algılamak mümkündür. Tek uygulamada, senkronize çalışma modunda aynı anda 40'a kadar sensör çalışabilir.
Uygulama örneği: Zamanda kayma olmaksızın uzun bir tahtanın algılanması (senkron)
Uygulama örneği: Zamanda kayma olmaksızın uzun bir tahtanın algılanması (senkron)
Multipleks çalışma modu nedir?
Multipleks çalışma modunda ultrasonik sensörler darbelerini dönüşümlü olarak göndermektedir. Bu çalışma modu, birbirine yakın duran sensörlerin birbirlerini etkilemesini önler. Multipleks çalışma modunda tek uygulamada azami 16 sensör çalışabilir.
Uygulama örneği: Bir kaptaki sıvının büyük bir alanı, dolum seviyesine göre izlenir
Uygulama örneği: Bir kaptaki sıvının büyük bir alanı, dolum seviyesine göre izlenir
Ultrasonik sensörler, mesafe sensörleri, cisimden yansımalı sensörler ve çatal sensörler arasındaki fark nedir?
wenglor ultrason uzmanı Dominik Jeßberger farkı bilmektedir:
“Tarayıcı mesafe sensörleri ultrasonik cisimden yansımalı sensörler, ultrasonik yakınlık anahtarları veya ultrasonik mesafe sensörleri olarak da adlandırılır. Sektöre göre farklı terimler kullanılmaktadır. Sonuç olarak, bu ürünler mesafeyi ölçmek veya kontrol etmek, dolum seviyelerini kontrol etmek veya objeleri saymak veya tespit etmek için uygundur.
Sadece ultrasonik çatal sensörler tasarım konseptleri nedeniyle, etiketleri algılamak için uygundur: Bunlar son derece küçük çatal genişliğine, verici ve alıcıya ve daha yüksek ses frekansına sahiptir.”
Ses dalgası konisi nedir?
Ses dalgası konisi, ultrasonik sensörlerde objelerin sensör tarafından güvenli bir şekilde algılanabileceği alanı belirlemektedir. wenglor sensörlerinde ses dalgası konileri uygulama durumuna göre ayarlanabilir. Resim, UMS123U035 mesafe sensörünün ayarlanabilir bir ses dalgası konisini göstermektedir.
Ölçülecek objenin yüzey yapısının, ölçüm sonucu üzerinde hiçbir etkisi bulunmamaktadır. Bu nedenle düz olmayan dökme malzemeler, delikli delme levhaları veya hareket eden ve zıplayan objeler algılanabilir. Böylece, düz olmayan yüzeylerde açılma açısı özellikle geniş olarak ayarlanırken, dar ve küçük yüzeylerde ise açılma açısı özellikle dar olarak ayarlanır.
Açılma açısı nedir?
α parametresi, ultrasonik sensör tarafından yayılan koni şeklindeki ses dalgası konisinin açılma açısını tanımlamaktadır.
Ölçülecek objenin yüzey yapısının, ölçüm sonucu üzerinde hiçbir etkisi bulunmamaktadır. Bu nedenle düz olmayan dökme malzemeler, delikli delme levhaları veya hareket eden ve zıplayan objeler algılanabilir. Böylece, düz olmayan yüzeylerde açılma açısı özellikle geniş olarak ayarlanırken, dar ve küçük yüzeylerde ise açılma açısı özellikle dar olarak ayarlanır.
Ses dalgası konisi objeden daha büyük ise ne olur?
Ultrasonik sensörün, gönderilen ve alınan sinyal arasındaki süreyi ölçebilmesi için algılanacak objenin sesi yeterince yansıtması gereklidir. Ölçülen objenin yüzeyi ne kadar küçük ise, ses o kadar az yansıtılır. Obje çok küçük ise, yeterli ses yansıtılmaz ve sensör artık ölçülen objeyi algılayamaz. Bu nedenle küçük olan ölçülen objelerde dar bir ses dalgası konisine sahip sensörler kullanılmalıdır. Odaklı ses dalgası yayılımı nedeniyle, ses enerjisinin büyük bir kısmı doğrudan objeye ulaşır. Böylece ses enerjisinin neredeyse tamamı ölçülen obje tarafından yansıtılabilir ve sensör tarafından algılanabilir. Genel olarak, ölçülen objenin ses dalgası konisinden daha küçük olması sorun değildir. Anahtarlama noktası için sensör, en erken algılanabilen objeyi temel alır.Çok küçük objeleri algılamak için lazer ışıklı optoelektronik sensörler daha uygundur.
Ses dalgası konisi aksesuarlardan nasıl etkilenebilir?
Bir ultrasonik sensörün ses dalgası konisi, aksesuarların sensörün aktif alanının önüne yerleştirilmesinden etkilenebilir. Bir ses borusu (veya ses kılavuzu) sesi yönlendirmeye ve ses dalgası konisini daraltmaya yarar, böylece küçük açıklıklardan hassas bir ölçüm yapılabilir. Özellikle gıda ve ilaç endüstrisindeki dolum işleminde şişe, kanül veya flakon gibi dar ağızlı kaplarda kesin seviye ölçümleri yapılmak zorundadır. Ses kılavuzu, montaj büyüklüğü (32 × 16 × 12 mm) değiştirilmeden 1K minyatür tasarımdaki ultrasonik sensörün kolayca genişletilmesine olanak tanır.Ultrasonik dalga konisi yönlendirilebilir mi?
Ultrasonik dalgalar başka bir obje tarafından yönlendirilebilir. Bu obje, sinyali iyi iletecek sert, düz bir yüzeye sahip olmak zorundadır. Sadece bir yönlendirmenin kullanılmasına dikkat edilmelidir. Birden fazla yönlendirme, akustik dalga erişim mesafesinde önemli bir azalmaya neden olur. Aktif yüzeye kaba kirlerin düşmemesini sağlamak için bir yönlendirme sacı (ör. Z0024) kullanılabilir.
Ultrasonik sensörde rezonatör nedir?
Ultrasonik sensörde rezonatör, ses sinyalinin üretildiği sensör yüzeyidir, aktif yüzey, seramik dönüştürücü veya transdüser olarak da adlandırılır. Bu yüzey titreştiği için sensör belirli bir dereceye kadar kirlilikten etkilenmez: Toz ve kir rezonatörde yapışmaz, bu hafif hareketler sayesinde çözülürler.
Seramik transdüser ve MEMS transdüseri
Seramik transdüser
Ultrasonik sensörün kalbi, çift yönlü özellikleri sayesinde hem ses sinyalleri üreten hem de yansıyan yankıyı alan bir piezoelektrik dönüştürücüdür. Bu esnada bir piezoelektrik seramik disk bir elektrik gerilimi ile titreştirilir ve böylece ultrasonik dalgalar üretilir.
MEMS dönüştürücüsü
MEMS çipi, ultrasonik dönüştürücünün (transdüser) ve değerlendirme ünitesinin entegre edildiği System-on-Chip (SoC) olarak tasarlanmıştır. SoC, tanımlanmış frekansta ultrasonik palslar üreten bir piezoelektrik mikromekanik ultrasonik dönüştürücüyü (PMUT) kontrol eder. Bunlar algılama menzilindeki objeler tarafından yansıtılır. Geri dönen yankılar PMUT tarafından alınır, dijitalleştirilir ve daha fazla işleme için doğrudan çip üzerindeki veri belleğine kaydedilir.
Ultrasonik sensörlerin avantajları
Mükemmel arka fon bastırmalı
Uzaklık ultrasonik dalgalarla belirlendiğinden objenin önünde durduğu arka plan neredeyse önemsizdir.
Neredeyse tüm malzemeleri algılama
Sesi yansıtan her malzeme tespit edilir. Sert malzeme darbe enerjisini son derece iyi yansıtır. Renkler, şekiller veya şeffaflık önemli değildir. Böylece ahşap, plastik PA ve metalin yanı sıra ince filmler veya cam da algılanabilir.
Geniş mesafe aralığı
wenglor ultrasonik sensörler, yakındaki (3 cm) ve altı metreye kadar mesafedeki objeleri algılar
Bozucu etkenlere karşı duyarsızlık
Kir, nem ve toz sensörün çalışmasını neredeyse hiç etkilemez.
Ultrasonik sensörler hangi objeleri algılar?
Ultrasonik mesafe sensörleri, malzeme, yüzey, renk veya şeffaflıktan bağımsız olarak mesafeleri hassas şekilde ölçer.
Neredeyse tüm objelerin tespiti
Ultrasonik dalgalar, cam veya sıvılar gibi yarı veya tamamen şeffaf objelerden yansıtılır. Granül, toz, parlak objeler de güvenilir bir şekilde algılanır.
Toza, sise ve kire karşı dayanıklı
Ultrason aracılığıyla objeleri tespit etme sırasında kir, toz, duman veya sis olması hiç önemli değildir.
Karmaşık şekilleri tanıma
Kafesler veya yaylar gibi karmaşık obje şekillerinin varlık kontrolünde, ultrasonik algılama güvenilirdir.
Agresif ortamlarda ve köpüklerde obje algılama
V4A paslanmaz çelik gövdede ultrasonik obje algılama için agresif ortamlar, köpük, su veya aşırı sıcaklık dalgalanmaları önemli değildir.
Ultrasonik sensörler hangi objeleri en uygun şekilde algılayamaz?
- Pamuk, kumaş, sünger veya keçe gibi yumuşak malzemeler sesi emer veya sesi dağınık şekilde yansıtır. Ultrasonik sensör yumuşak malzemenin içinden geçerek ölçer ve sert yüzey (ör. arkasındaki masa) algılanır.
- Aşırı yüksek sıcaklığa sahip objeler yankının sensör kafasına sadece dağınık şekilde geri dönmesini veya hiç dönmemesini sağlar.
- Hava türbülansı gibi çevresel faktörlerin eko kalitesi ve dolayısıyla ölçümler üzerinde etkisi olabilir. Çevre sıcaklığının etkisi, sıcaklık telafisi ile ortadan kaldırılır.
Ultrasonik sensörlerin kullanıldığı sektörler ve endüstriler
超声波传感器是木材加工业的创新工具。这种传感器特别适用于这个行业，因为它们完全不受污物的影响，即使是沾有很多灰尘或木屑的产品也能可靠地检测。这样可以降低检修工作量。
一方面，可以通过开关量输出端进行扩散反射查询，例如在锯木生产线的整个加工过程中检查木材的存在性。另一方面，可以通过模拟量输出端或者通过 IO-Link 的分析确定距离。
一方面，可以通过开关量输出端进行扩散反射查询，例如在锯木生产线的整个加工过程中检查木材的存在性。另一方面，可以通过模拟量输出端或者通过 IO-Link 的分析确定距离。
在制药业中，需要对不同的物料进行混合、输送和灌装。在这些过程中必须全自动连续监测液位。这就要使用超声波测距传感器，因为这种传感器能够检查物体的存在性，并能测量与物体之间的距离，不受物体颜色、聚集态和表面特性的影响。此外，还可使用不锈钢结构的超声波传感器，以满足制药业极高的卫生要求。
超声波传感器在食品加工业的应用十分广泛。它们能够识别任何颜色和表面的物体。不同的传感器结构可以用于各种安装条件。食品行业中特别适合使用防护等级为 IP67/68 的不锈钢结构超声波传感器，因为这种传感器能够满足卫生规定，而且能够防止溅水。
可以通过开关量输出端进行扩散反射查询，例如检查存在性，也可通过模拟量输出端或通过 IO-Link 的分析测量距离，尤其用于测量液位。
可以通过开关量输出端进行扩散反射查询，例如检查存在性，也可通过模拟量输出端或通过 IO-Link 的分析测量距离，尤其用于测量液位。
包装业使用彩色、光亮或透明的材料。可以根据用途、形状和尺寸可靠地包装产品。为了确保包装材料的连续输送，使用超声波测距传感器监测材料的存在性、装填高度以及与不同材料之间的距离。超声波传感器能够识别任何颜色或光泽度的产品，因此是包装业非常受欢迎的传感器。
金属加工业经常使用超声波传感器，其原因是必须可靠识别光亮、哑光、经过发蓝处理或有镀层的金属。材料的光泽度对于超声波传感器没有任何影响。缓冲材料的填充度检查、金属卷材的直径检查和直径测量，这些都能可靠地进行。金属加工业经常使用这种传感器，因为它们耐抗污物，即使在有油雾或者脏污的环境条件下也能可靠地工作。
在建材行业必须可靠识别不同的材料，例如木材、石材、塑料、砂粒、混凝土或玻璃。超声波传感器能够安全可靠地识别这些材料，因为颜色、聚集态或表面特性对超声波传感器的影响较小。由于声波束很宽，能够可靠识别有凹槽的板材和托盘。超声波传感器耐抗污物，即使环境条件恶劣也能用于建材行业。
在饮料业，必须可靠识别瓶子、罐头、桶等物体。 超声波传感器特别适合用于检测玻璃、铝或 PET 材料制造的物体，不受形状、颜色、位置、表面特性和大小的影响。饮料瓶回收机安装了耐抗污物的超声波测距传感器，它能发射很宽的声波束，即使运动、跳动的物体也能可靠地检测。同时还能完全抑制背景。
用于灌装设备时，超声波传感器也能可靠检测和控制液位。
用于灌装设备时，超声波传感器也能可靠检测和控制液位。
人们对当今的机械制造业提出了各种要求。例如，单台机器或自动化加工单元必须能够快速可靠地满足极高的生产要求和各种应用要求。鉴于超声波传感器的功能原理，它能确保识别任何表面、材料、形状和颜色。超声波传感器是真正的全能型产品：它们特别适合检测透明的、光亮的、深色物体、反射表面和各种材料——无论是固态还是液态、粗糙还是光滑、多孔还是透明的。表面结构对测量结果没有任何影响。灰尘、雾气、污物等环境条件或外来光线对超声波传感器不会产生任何干扰。
电子工业的挑战在于柔性生产线和极少的停机时间。现代超声波传感器必须快速、可靠地工作。
带有大声波锥的超声波传感器可以检测层压、穿孔和冲孔的插件板，不受颜色、透明度和表面的影响。
带有大声波锥的超声波传感器可以检测层压、穿孔和冲孔的插件板，不受颜色、透明度和表面的影响。
在汽车行业，超声波传感器能够可靠识别深色、透明或反射物体。鉴于这种传感器的功能原理和声波束， 它能检测形状和反射特性不同的物体。传感器耐抗灰尘和污物，因此工作效率高并且可靠。例如在汽车制造中，能够可靠输送透明玻璃板。识别形状不规则、较小或黑色的塑料部件也是一大挑战，而超声波传感器同样能够轻松地应对。
超声波传感器非常适用于条件恶劣的工业环境，例如印刷业。传感器耐抗灰尘和污物，因此工作效率高并且可靠。
超声波叉形传感器能够识别任意基底材料上的标签，不受颜色、透明度和表面特性的影响。
鉴于这种传感器的功能原理，它非常适合非接触、可靠地识别标签。
超声波叉形传感器能够识别任意基底材料上的标签，不受颜色、透明度和表面特性的影响。
鉴于这种传感器的功能原理，它非常适合非接触、可靠地识别标签。
玻璃瓶的形状、颜色和透明度不同。超声波传感器能够分析被物体反射的声波。它们能够通过这种方式识别几乎所有物体，不受材料及其特性的影响。因此，超声波传感器特别适合灵活用于不同的应用，可用于识别反光、光亮、深色或透明的玻璃和瓶子。
超声波传感器的应用
检查存在性
检查薄膜裂纹
检查料位
垂度检测
机器人定位
堆叠高度监测
标签识别
最终位置检测
对射型光电传感器
定位
安装超声波传感器时应注意什么？
一般使用方法
- 安装超声波传感器时应避免感应面（换能片）积聚过多污物。
- 传感器的感应面（振动装置）不得受到任何阻碍。
- 防止产品受到机械作用。
- 确保传感器机械安装牢固。
图片所示为超声波传感器的最佳安装方法。对于非常坚硬和光滑的物体，声波轴与物体表面之间的角度应保持在 90°±3° 范围内。检测大多数物体表面时，该角度可以更大。
外界因素的影响
在一定条件下，风、气流、压缩空气等可能会影响超声波传感器的测量。对于传统工业环境使用的现代化超声波传感器来说，这种特定影响因素可以忽略。超声波传感器发出的声音能听见吗？
超声波本身是人耳听不见的，但是超声波传感器在工作中发射声波时会产生低频噪音。现代超声波传感器的振动装置在振动时几乎是听不见的。超声波传感器与光学传感器的区别是什么？
物体识别
超声波传感器使用声波识别物体，而光学传感器通常使用红外光、红光、蓝光或激光。一个显著区别在于检测范围的大小。使用哪种传感器最好，取决于具体的应用情况。检测速度
由于光速比声速高，光学传感器的测量速度要比超声波传感器快。直观示例： 用光电传感器和超声波传感器识别孔板
识别孔板、网格箱或印刷线路板等板材时，光电传感器的工作方式与超声波传感器不同。由于光电传感器通过准确的光点来测量，在该应用中，当它检测到每个孔时就会切换。超声波传感器的声波束覆盖面积很大，因此在该应用中始终识别到的是产品，而不是孔。
