Vistas: 585 Autor: Editor del sitio Hora de publicación: 2020-05-21 Origen: Sitio
Los sensores ultrasónicos son sensores sin contacto que utilizan ondas sonoras de alta frecuencia para detectar objetos, medir distancias, monitorear el nivel de líquido e identificar la posición del material. Se utilizan ampliamente en fabricación, sistemas de energía, metalurgia, materiales de construcción, productos químicos, procesamiento de alimentos, automóviles, almacenamiento, barcos, textiles, transporte, robótica, monitoreo de nivel de líquidos, detección de flujo en canales abiertos y automatización industrial.
Las principales ventajas de los sensores ultrasónicos son la alta precisión de medición, el funcionamiento estable, la detección sin contacto, la fuerte direccionalidad y la capacidad de trabajar con muchos materiales líquidos y sólidos. Sin embargo, los sensores ultrasónicos también tienen limitaciones, como rango de frecuencia fijo, voltaje de conducción relativamente alto, zonas ciegas, rango limitado y sensibilidad a la temperatura, materiales blandos, flujo de aire y condiciones de instalación.
Un sensor ultrasónico funciona transmitiendo ondas ultrasónicas y recibiendo el eco reflejado. El sensor envía un pulso de sonido de alta frecuencia hacia un objetivo. Cuando la onda sonora llega a la superficie del objeto, parte de la onda se refleja de regreso al receptor. Luego, el sensor calcula la distancia o la posición en función del tiempo entre la transmisión y la recepción.
La sonda ultrasónica suele estar basada en elementos cerámicos piezoeléctricos. Estos elementos piezoeléctricos pueden convertir la energía eléctrica en vibración mecánica para transmitir ondas ultrasónicas y también pueden convertir la vibración recibida nuevamente en señales eléctricas.
Cuando la señal de pulso aplicada coincide con la frecuencia de resonancia natural del elemento piezoeléctrico, el elemento vibra fuertemente y genera ondas ultrasónicas. Cuando las ondas reflejadas regresan a la sonda, el elemento piezoeléctrico recibe la vibración y la convierte en una señal eléctrica para su análisis.
| Ventaja | Por qué es importante |
|---|---|
| Medición sin contacto | El sensor puede detectar objetos sin tocarlos, lo que resulta útil para materiales frágiles, en movimiento, calientes o corrosivos. |
| Funciona con muchos materiales. | Los sensores ultrasónicos pueden medir muchos líquidos y sólidos, incluidos materiales opacos que son difíciles de medir para los sensores ópticos. |
| No afectado por el color o la transparencia. | Debido a que la detección se basa en la reflexión del sonido, el color y la transparencia del objetivo generalmente tienen poco efecto en la medición. |
| Buena direccionalidad | Las ondas ultrasónicas tienen longitudes de onda cortas y una fuerte direccionalidad, lo que las hace adecuadas para medir distancias y niveles. |
| Puede funcionar en ambientes oscuros | A diferencia de los sensores ópticos, los sensores ultrasónicos no dependen de la luz visible. |
| Útil en polvo, humo o niebla. | Muchos sensores ultrasónicos pueden funcionar mejor que los sensores ópticos en ambientes polvorientos, con humo o con poca luz. |
| Desventaja | Impacto en la aplicación |
|---|---|
| Rango de frecuencia fijo | Un sensor de 40 kHz normalmente funciona sólo cerca de su rango de frecuencia diseñado, como alrededor de 38-42 kHz. |
| Mayor voltaje de conducción | Algunos transductores ultrasónicos requieren un alto voltaje pico a pico, por lo que los circuitos de bajo voltaje pueden necesitar un circuito elevador o un transformador. |
| Influencia de la temperatura | La velocidad del sonido cambia con la temperatura del aire, lo que puede afectar la precisión de la medición de distancias. |
| Los materiales blandos absorben el sonido. | La espuma, la tela y otras superficies blandas pueden absorber ondas ultrasónicas y reducir la intensidad del eco. |
| zona ciega | Los objetos demasiado cerca del sensor pueden estar dentro de la distancia mínima de detección y no se pueden medir con precisión. |
| Gama limitada | Las ondas ultrasónicas se atenúan con la distancia, por lo que el alcance del sensor está limitado por la frecuencia, la potencia, la superficie objetivo y el entorno. |
Las ondas ultrasónicas tienen alta frecuencia, longitud de onda corta, pequeña difracción, fuerte direccionalidad y buena penetración en muchos líquidos y sólidos. Cuando las ondas ultrasónicas encuentran una impureza, un límite o una interfaz material, producen ecos reflejados que pueden detectarse y analizarse.
Los sensores ultrasónicos también pueden admitir la detección basada en Doppler de objetos en movimiento. Esto hace que la tecnología ultrasónica sea útil en medición de distancias, medición de nivel de líquidos, detección de objetos, monitoreo de flujo, detección de fallas, robótica, asistencia de estacionamiento, automatización industrial y equipos médicos.
Para la detección y medición se suelen utilizar sondas ultrasónicas de baja potencia. Dependiendo del tipo y estructura de la onda, las sondas ultrasónicas pueden incluir sondas rectas para ondas longitudinales, sondas oblicuas para ondas transversales, sondas de ondas superficiales, sondas de ondas Lamb y sondas duales donde un elemento transmite y otro recibe.
Para aplicaciones industriales y de consumo, los productos comunes incluyen sensores ultrasónicos de tipo abierto, sensores ultrasónicos a prueba de agua, sensores ultrasónicos de alta frecuencia, sensores de estacionamiento y sensores de nivel. La elección correcta depende del alcance, la frecuencia, la carcasa, la clasificación de impermeabilidad, el material de destino y el entorno de instalación.
La precisión de un sensor ultrasónico depende de la frecuencia, la sensibilidad, el voltaje de conducción, la superficie objetivo, la temperatura del aire, la humedad, el flujo de aire, el ángulo de instalación y el procesamiento de la señal de eco. Un sensor con compensación de temperatura puede reducir el error causado por cambios en la velocidad del sonido.
La sensibilidad depende principalmente del elemento piezoeléctrico. Un coeficiente de acoplamiento electromecánico mayor suele significar una mayor sensibilidad. Una mayor sensibilidad ayuda al sensor a recibir ecos más débiles, pero el rendimiento final aún depende del diseño completo del circuito y del entorno de aplicación.
Los sensores ultrasónicos se utilizan en medición industrial, agricultura, industria ligera, equipos médicos, sistemas de estacionamiento, robótica, sistemas de seguridad, monitoreo de nivel, detección de objetos y pruebas no destructivas. Pueden detectar sonidos y ecos que los oídos humanos no pueden oír y luego convertir la información en datos útiles de distancia, posición o materiales.
En aplicaciones prácticas, el alcance ultrasónico se puede utilizar para evitar obstáculos, medir el nivel de tanques, detectar flujo en canales abiertos, asistir en marcha atrás a vehículos, navegar por robots, posicionar materiales y detectar fallas en estructuras metálicas o sólidas.
Al elegir un sensor ultrasónico, primero confirme la distancia de detección, la zona ciega, el material objetivo, la precisión requerida, la frecuencia de operación, el voltaje de conducción, el ángulo del haz, el tiempo de respuesta, los requisitos de impermeabilidad y el rango de temperatura de trabajo.
Para entornos exteriores o húmedos, suele preferirse un sensor ultrasónico resistente al agua. Para una detección precisa de corto alcance, un sensor de mayor frecuencia puede proporcionar una mejor resolución. Para la detección de largo alcance, pueden ser más adecuadas una frecuencia más baja y una potencia de transmisión más fuerte.
Antes de la producción en masa, pruebe el sensor en la posición y el entorno de instalación reales. El ángulo de montaje, la apertura de la carcasa, la forma del objetivo, los obstáculos cercanos, la variación de temperatura y el ruido eléctrico pueden afectar el rendimiento real.
Los sensores ultrasónicos ofrecen mediciones precisas, estables y sin contacto para muchos materiales líquidos y sólidos. Son especialmente útiles cuando la detección óptica se ve afectada por el color, la transparencia, la oscuridad, el polvo, el humo o el reflejo de la superficie.
Al mismo tiempo, los sensores ultrasónicos no son adecuados para todas las situaciones. Los ingenieros deben considerar la frecuencia, el voltaje, la sensibilidad, la compensación de temperatura, la zona ciega, el alcance, el material objetivo y las condiciones de instalación antes de elegir un sensor.
Un sensor ultrasónico mide la distancia enviando un pulso de sonido de alta frecuencia y recibiendo el eco reflejado. La distancia se calcula a partir del tiempo que tarda la onda sonora en viajar hasta el objetivo y regresar.
Los sensores ultrasónicos pueden ser muy precisos en condiciones adecuadas, especialmente para la medición de distancias y niveles sin contacto. La precisión depende de la temperatura, la humedad, la superficie objetivo, la frecuencia del sensor, el ángulo de instalación y el procesamiento de la señal.
La temperatura cambia la velocidad del sonido en el aire. Cuando la temperatura cambia, la distancia medida puede variar a menos que el sensor utilice compensación de temperatura o el sistema corrija la lectura.
Elija un sensor ultrasónico de tipo abierto para ambientes interiores limpios y equipos compactos. Elija un sensor ultrasónico resistente al agua para entornos exteriores, húmedos, polvorientos o propensos a salpicaduras.
Utilice la frecuencia correcta, mantenga el sensor alineado con el objetivo, evite obstáculos cercanos, proporcione un voltaje de conducción estable, utilice compensación de temperatura y pruebe el sensor en el entorno de instalación final.
