Öppna bilden i nytt fönster

MICROSONIC

Informacje ogólne

Zasada działania czujników ultradźwiękowych

Czujniki ultradźwiękowe emitują krótkie fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości, w regularnych odstępach czasu. Po zetknięciu z obiektem sygnał zostaje odbity i trafia z powrotem do czujnika. Odległość między czujnikiem a obiektem jest wyznaczana na podstawie czasu po jakim odbita fala trafia z powrotem do czujnika. W detekcji przy użyciu czujników ultradźwiękowych tło, przejrzystość oraz kolor przedmiotu nie mają znaczenia. Czujniki firmy Microsonic sprawdzają się na dystansach od 30 mm do 10 m. Wybrane modele pracują z rozdzielczością wynoszącą 0,18 mm, która zapewnia wysoką dokładność pomiaru. Wysoki stopień ochrony gwarantuje niezawodną pracę w ciężkim przemyśle. Czujniki doskonale pracują nawet w niekorzystnych warunkach środowiska, takich jak: mgła, para wodna, aerozol i duże zapylenie.


Czujniki ultradźwiękowe, jako czujniki odbiciowe

W czujnikach odbiciowych zastosowanie znalazło zjawisko wytłumienia tła. Polega ono na tym, że czujnik wyczuwa przedmioty w określonym zakresie detekcji, sprzężonym z histerezą, a nie reaguje na tło. Czujnik ten sprawdza się doskonale w zastosowaniach takich jak zliczanie przedmiotów na taśmach przemysłowych. Taki tryb pracy zapewniają modele serii mic, lcs, lpc i pico.


Opcja okna

Opcja okna jest rozszerzeniem trybu pracy czujnika odbiciowego. Sensor załącza się w momencie, gdy przedmiot detekcji pojawia się w oknie, określonym przez dwa punkty graniczne. Taki tryb pracy sprawdza się w aplikacjach, w których istotna jest wysokość, na przykład butelki w kratownicy, gdy występują naczynia o różnych wysokościach. Czujniki serii mic, lcs, lpc można zaprogramować do takiej pracy dzięki oprogramowaniu LinkControl. Wybrane modele z serii pico są specjalnie zaprojektowane dla użycia tej funkcji.


Dwustronna, odbiciowa bariera

Praca w tym trybie jest zbliżona do pracy barier fotoelektrycznych, jednak nie wymaga montażu specjalnego refl ektora, praktycznie każdy reflektor jest dobry, może to być np. metalowa płyta. Czujnik ultradźwiękowy, jest programowany do opcji okna, w taki sposób, że reflektor jest umieszczony bezpośrednio w oknie pomiarowym. Bariera ultradźwiękowa dostarcza sygnał do momentu, gdy przedmiot detekcji nie przesłoni reflektora. Nie ma znaczenia, czy przedmiot absorbuje dźwięki, czy je rozprasza. Ten tryb pracy jest wykorzystywany do wykrywania piany, materiałów ciężkich lub materiałów z nieregularną powierzchnią.


Rozproszenie przedniego planu

Czujnik pracując w tym trybie ignoruje wszystkie sygnały odbiciowe, pochodzące z obszaru wcześniejszego, niż ustalony punkt detekcji. Przykładem aplikacji może być odczytywanie poziomu płynu w butelce z pominięciem wiązek odbitych od powierzchni butelki. Do takiej pracy mogą być zastosowane czujniki serii mic i lcs.


Czujniki ultradźwiękowe z wyjściem analogowym

Czujniki przetwarzają pomiar, jako proporcje napięcia (0-10V) lub prądu (4-20 mA). W przypadku serii mic i lcs istnieje możliwość zaprogramowania okna pomiarowego oraz narastającej lub malejącej charakterystyki sygnału wyjściowego. Wielkość okna pomiarowego nie wpływa na rozdzielczość, która wynosi 0,36mm.


Czujniki ultradźwiękowe z wyjściem cyfrowym

Wyniki pomiaru są przekazywane do urządzeń zewnętrznych w formie bajtów lub słów.


Czujniki ultradźwiękowe podwójnego arkusza (dbk)

Czujniki pracują w trybie jednostronnej bariery wykrywając dwa lub więcej arkuszy przypadkowo sklejonych ze sobą. Układ nadajnik - odbiornik skanuje papier, klisze, tekturę i cienkie metalowe arkusze. Sygnały wyjściowe są idealne do wykrywania podwójnych i brakujących arkuszy.


Zasady montażu czujników ultradźwiękowych

Istnieje pełna dowolność w montażu czujników ultradźwiękowych, jedynym zaleceniem producenta jest ochrona czujnika przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz zanieczyszczeniami. Niewielka ilość kurzu, czy farby nie wpływa na poprawność działania czujnika, natomiast opary, czy krople chłodziwa bądź oleju mogą zniekształcić wyniki. Przy skanowaniu przedmiotów o płaskich i gładkich powierzchniach, czujnik powinien być zamontowany pod kątem 90±3° w stosunku do powierzchni. Przy wyborze czujnika, należy brać pod uwagę jego zasięg oraz fakturę wykrywanego materiału. W przypadku powierzchni porowatych lub falistych sygnał ulega częściowemu rozproszeniu, przez co niezbędne jest zastosowanie czujnika o większym zasięgu pracy. Kąt ustawienia czujnika dla takich powierzchni określa się metodą doświadczalną. Wybór czujnika o zwiększonym zasięgu pracy może okazać się niezbędny, przy detekcji materiałów dźwięko-chłonnych, takich jak wełna, bawełna, czy piana. Przeciwnie jest w przypadku płynów, czy twardych powierzchni, które są doskonałymi reflektorami.


Zasady montażu układu wieloczujnikowego

W tabeli poniżej przedstawiona została lista odległości, które muszą zostać zachowane pomiędzy niezsynchronizowanymi czujnikami, by zapewnić rzetelność wykonywanych pomiarów.

W przypadku zamocowania czujników pod innym kątem niż 90°, podane odległości, między sąsiednimi czujnikami, mogą się zmienić i należy je zweryfi kować doświadczalnie.


Przekierowanie sygnału

Wiązka dźwięku może zostać przekierowana, bez znaczących strat, dzięki zastosowaniu elementu odbijającego. W ofercie firmy Microsonic występują akcesoria, które pozwalają na odbicie wiązki pod kątem 90°, co jest istotne w aplikacjach, w których prostopadły montaż czujnika nie jest możliwy.


Rozdzielczość

Rozdzielczość jest to rozbieżność pomiędzy rzeczywistą odległością między sensorem i punktem detekcji, a tą zmierzoną przez czujnik. Rozdzielczość zależy od własności odbiciowych badanego przedmiotu i rozchodzenia się dźwięku w powietrzu. Przedmioty z kiepskimi właściwościami odbiciowymi, czy dużą chropowatością powierzchni pogarszają rozdzielczość i za wymiar ostateczny przyjmuje się wartość średnią z przeprowadzonych pomiarów.


Temperatura powietrza

Największy wpływ na prędkość dźwięku i rozdzielczość ma temperatura otoczenia (0.17%/K). Większość modeli czujników, firmy Microsonic, wyposażona jest w układ kompensacji temperatury otocznia. Zalecane jest jednak wykonanie serii próbnych pomiarów na znanych odległościach, w celu sprawdzenia wpływu temperatury na wynik. Najlepiej sprawdzają się tu czujniki serii pico. Dzięki kompensacji temperatury możliwe jest osiągnięcie nawet 2% rozdzielczości.


Ciśnienie otoczenia

Ciśnienie otoczenia nie wpływa na prędkość dźwięku oraz jego zasięg. Jednak w aplikacjach przy podwyższonym ciśnieniu, jednak mniejszym niż 6 bar, zalecane jest stosowanie czujników serii hps.
Względna wilgotność
Wpływ wilgotności na rozdzielczość jest znikomy, w porównaniu z wpływem temperatury i może zostać zignorowany.
Wtórna rozdzielczość
Wtórna rozdzielczość lub odtwarzalność określa stopień odchylenia w pomiarach, wykonywanych przez określony okres czasu w stałych warunkach. Wtórna rozdzielczość w przypadku czujników firmy Microsonic jest wyższa, niż ±0.15%.


Obszar detekcji czujników ultradźwiękowych

Przy wyborze czujnika ultradźwiękowego należy pamiętać nie tylko o liniowej strefie działania, ale także o jej trójwymiarowym rozkładzie. W przeciwieństwie do czujników optycznych, przedmiot detekcji nie musi przeciąć wiązki światła, by zostać zarejestrowany, wystarczy, że pojawi się w jego zasięgu oddziaływania. Strefa zaznaczona na czerwono określa zakres detekcji cienkiego okrągłego pręta (Ø 10mm lub 27mm w zależności od modelu czujnika). Strefa ta nazwana jest standardowym zakresem detekcji danego czujnika. Strefa zaznaczona na niebiesko określa zakres maksymalny pracy czujnika – ustalony jako zakres detekcji płyty o rozmiarach 500mm x 500mm przy zachowaniu optymalnego kąta do detekcji. Każdy czujnik ultradźwiękowy posiada strefę martwą, znajdującą się między czujnikiem, a pierwszym punktem rejestrowanym przez sensor. W obszarze tym nie powinny znajdować się żadne obiekty, ani reflektory. W przeciwnym razie pomiary mogą być zniekształcone.


Obszar detekcji

Obszar detekcji jest to strefa, określona indywidualnie dla każdego czujnika, informująca o zakresie jego optymalnej pracy. W przypadku detekcji materiałów dobrze odbijających istnieje możliwość pracy w zakresie maksymalnego zasięgu.


Tłumienie dźwięku

Tłumienie dźwięku zależy od temperatury, ciśnienia i wilgotności powietrza. Tłumienie wzrasta, wraz ze wzrostem temperatury i wilgotności, oraz maleje, gdy czynniki te również maleją. W przypadku wysokich temperatur i dużej wilgotności powietrza, zaleca się wybór czujnika o większym zasięgu pracy, gdyż strefa ta ulega pogorszeniu i odwrotnie. Doświadczalnie udowodnione zostało, że czujnik w temperaturze poniżej 0°, zwiększa swoją strefę pracy niemalże dwukrotnie. Wzrost ciśnienia atmosferycznego wpływa na zmniejszenie tłumienia. Jest to ważne w aplikacjach związanych z wysokim tłumieniem. W aplikacjach próżniowych rozprzestrzenianie się wiązki dźwięku nie jest możliwe.