Vues : 585 Auteur : Éditeur du site Heure de publication : 2020-05-21 Origine : Site
Les capteurs à ultrasons sont des capteurs sans contact qui utilisent des ondes sonores à haute fréquence pour détecter des objets, mesurer la distance, surveiller le niveau de liquide et identifier la position du matériau. Ils sont largement utilisés dans la fabrication, les systèmes électriques, la métallurgie, les matériaux de construction, les produits chimiques, la transformation des aliments, l'automobile, l'entreposage, les navires, les textiles, les transports, la robotique, la surveillance du niveau de liquide, la détection de débit à canal ouvert et l'automatisation industrielle.
Les principaux avantages des capteurs à ultrasons sont une précision de mesure élevée, un fonctionnement stable, une détection sans contact, une forte directivité et la capacité de travailler avec de nombreux matériaux liquides et solides. Cependant, les capteurs à ultrasons présentent également des limites, telles qu'une plage de fréquence fixe, une tension de commande relativement élevée, des zones aveugles, une portée limitée et une sensibilité à la température, aux matériaux souples, au flux d'air et aux conditions d'installation.
Un capteur à ultrasons fonctionne en transmettant des ondes ultrasonores et en recevant l'écho réfléchi. Le capteur envoie une impulsion sonore à haute fréquence vers une cible. Lorsque l’onde sonore atteint la surface de l’objet, une partie de l’onde est réfléchie vers le récepteur. Le capteur calcule ensuite la distance ou la position en fonction du temps écoulé entre l'émission et la réception.
La sonde à ultrasons est généralement basée sur des éléments céramiques piézoélectriques. Ces éléments piézoélectriques peuvent convertir l’énergie électrique en vibrations mécaniques pour transmettre des ondes ultrasonores, et ils peuvent également reconvertir les vibrations reçues en signaux électriques.
Lorsque le signal d'impulsion appliqué correspond à la fréquence de résonance naturelle de l'élément piézoélectrique, l'élément vibre fortement et génère des ondes ultrasonores. Lorsque les ondes réfléchies reviennent à la sonde, l'élément piézoélectrique reçoit la vibration et la convertit en signal électrique pour analyse.
| Avantage | Pourquoi c'est important |
|---|---|
| Mesure sans contact | Le capteur peut détecter les objets sans les toucher, ce qui est utile pour les matériaux fragiles, en mouvement, chauds ou corrosifs. |
| Fonctionne avec de nombreux matériaux | Les capteurs à ultrasons peuvent mesurer de nombreux liquides et solides, y compris les matériaux opaques difficiles à détecter par les capteurs optiques. |
| Non affecté par la couleur ou la transparence | La détection étant basée sur la réflexion sonore, la couleur et la transparence de la cible ont généralement peu d'effet sur la mesure. |
| Bonne directivité | Les ondes ultrasoniques ont des longueurs d’onde courtes et une forte directivité, ce qui les rend adaptées à la mesure de distance et de niveau. |
| Peut fonctionner dans des environnements sombres | Contrairement aux capteurs optiques, les capteurs à ultrasons ne dépendent pas de la lumière visible. |
| Utile dans la poussière, la fumée ou le brouillard | De nombreux capteurs à ultrasons peuvent fonctionner mieux que les capteurs optiques dans des environnements poussiéreux, enfumés ou faiblement éclairés. |
| Inconvénient | Impact sur l’application |
|---|---|
| Plage de fréquence fixe | Un capteur de 40 kHz ne fonctionne généralement que dans la plage de fréquences prévue, par exemple entre 38 et 42 kHz. |
| Tension de conduite plus élevée | Certains transducteurs à ultrasons nécessitent une tension crête à crête élevée, de sorte que les circuits basse tension peuvent nécessiter un circuit élévateur ou un transformateur. |
| Influence de la température | La vitesse du son change avec la température de l’air, ce qui peut affecter la précision des mesures de distance. |
| Les matériaux souples absorbent le son | La mousse, le tissu et d'autres surfaces molles peuvent absorber les ondes ultrasonores et réduire la force de l'écho. |
| Zone aveugle | Les objets trop proches du capteur peuvent se trouver à l'intérieur de la distance de détection minimale et ne peuvent pas être mesurés avec précision. |
| Portée limitée | Les ondes ultrasoniques s'atténuent avec la distance, de sorte que la portée du capteur est limitée par la fréquence, la puissance, la surface cible et l'environnement. |
Les ondes ultrasoniques ont une haute fréquence, une longueur d'onde courte, une faible diffraction, une forte directivité et une bonne pénétration dans de nombreux liquides et solides. Lorsque les ondes ultrasonores rencontrent une impureté, une limite ou une interface matérielle, elles produisent des échos réfléchis qui peuvent être détectés et analysés.
Les capteurs à ultrasons peuvent également prendre en charge la détection Doppler des objets en mouvement. Cela rend la technologie ultrasonique utile dans la mesure de distance, la mesure de niveau de liquide, la détection d'objets, la surveillance de débit, la détection de défauts, la robotique, l'aide au stationnement, l'automatisation industrielle et les équipements médicaux.
Les sondes ultrasoniques de faible puissance sont souvent utilisées pour la détection et la mesure. Selon le type et la structure des ondes, les sondes à ultrasons peuvent inclure des sondes droites pour les ondes longitudinales, des sondes obliques pour les ondes transversales, des sondes à ondes de surface, des sondes à ondes de Lamb et des sondes doubles où un élément transmet et un autre reçoit.
Pour les applications industrielles et grand public, les produits courants comprennent des capteurs à ultrasons de type ouvert, des capteurs à ultrasons étanches, des capteurs à ultrasons haute fréquence, des capteurs de stationnement et des capteurs de niveau. Le choix correct dépend de la portée, de la fréquence, du boîtier, de l'indice d'étanchéité, du matériau cible et de l'environnement d'installation.
La précision d'un capteur à ultrasons dépend de la fréquence, de la sensibilité, de la tension de commande, de la surface cible, de la température de l'air, de l'humidité, du débit d'air, de l'angle d'installation et du traitement du signal d'écho. Un capteur avec compensation de température peut réduire les erreurs causées par les changements de vitesse du son.
La sensibilité dépend principalement de l'élément piézoélectrique. Un coefficient de couplage électromécanique plus élevé signifie généralement une sensibilité plus élevée. Une sensibilité plus élevée aide le capteur à recevoir des échos plus faibles, mais les performances finales dépendent toujours de la conception du circuit complet et de l'environnement d'application.
Les capteurs à ultrasons sont utilisés dans les mesures industrielles, l'agriculture, l'industrie légère, les équipements médicaux, les systèmes de stationnement, la robotique, les systèmes de sécurité, la surveillance de niveau, la détection d'objets et les tests non destructifs. Ils peuvent détecter des sons et des échos que les oreilles humaines ne peuvent pas entendre, puis convertir les informations en données utiles sur la distance, la position ou le matériau.
Dans des applications pratiques, la télémétrie par ultrasons peut être utilisée pour éviter les obstacles, mesurer le niveau des réservoirs, détecter le débit des canaux ouverts, aider à la marche arrière des véhicules, naviguer dans les robots, positionner les matériaux et détecter les défauts dans les structures métalliques ou solides.
Lors du choix d'un capteur à ultrasons, confirmez d'abord la distance de détection, la zone aveugle, le matériau cible, la précision requise, la fréquence de fonctionnement, la tension de conduite, l'angle du faisceau, le temps de réponse, les exigences d'étanchéité et la plage de température de fonctionnement.
Pour les environnements extérieurs ou humides, un capteur à ultrasons étanche est généralement préféré. Pour une détection précise à courte portée, un capteur à fréquence plus élevée peut offrir une meilleure résolution. Pour la détection à longue portée, une fréquence plus basse et une puissance d’émission plus forte peuvent être plus adaptées.
Avant la production en série, testez le capteur dans la position et l'environnement d'installation réels. L'angle de montage, l'ouverture du boîtier, la forme de la cible, les obstacles à proximité, la variation de température et le bruit électrique peuvent tous affecter les performances réelles.
Les capteurs à ultrasons offrent des mesures précises, stables et sans contact pour de nombreux matériaux liquides et solides. Ils sont particulièrement utiles lorsque la détection optique est affectée par la couleur, la transparence, l'obscurité, la poussière, la fumée ou la réflexion de la surface.
Dans le même temps, les capteurs à ultrasons ne conviennent pas à toutes les situations. Les ingénieurs doivent prendre en compte la fréquence, la tension, la sensibilité, la compensation de température, la zone aveugle, la portée, le matériau cible et les conditions d'installation avant de choisir un capteur.
Un capteur à ultrasons mesure la distance en envoyant une impulsion sonore à haute fréquence et en recevant l'écho réfléchi. La distance est calculée à partir du temps nécessaire à l’onde sonore pour se rendre à la cible et revenir.
Les capteurs à ultrasons peuvent être très précis dans des conditions appropriées, en particulier pour la mesure de distance et de niveau sans contact. La précision dépend de la température, de l'humidité, de la surface cible, de la fréquence du capteur, de l'angle d'installation et du traitement du signal.
La température modifie la vitesse du son dans l'air. Lorsque la température change, la distance mesurée peut changer à moins que le capteur n'utilise une compensation de température ou que le système ne corrige la lecture.
Choisissez un capteur à ultrasons de type ouvert pour des environnements intérieurs propres et des équipements compacts. Choisissez un capteur à ultrasons étanche pour les environnements extérieurs, humides, poussiéreux ou sujets aux éclaboussures.
Utilisez la fréquence correcte, maintenez le capteur aligné avec la cible, évitez les obstacles à proximité, fournissez une tension de conduite stable, utilisez la compensation de température et testez le capteur dans l'environnement d'installation final.
