Aantal keren bekeken: 585 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 21-05-2020 Herkomst: Locatie
Ultrasone sensoren zijn contactloze sensoren die hoogfrequente geluidsgolven gebruiken om objecten te detecteren, afstanden te meten, het vloeistofniveau te bewaken en de positie van het materiaal te identificeren. Ze worden veel gebruikt in de productie, energiesystemen, metallurgie, bouwmaterialen, chemicaliën, voedselverwerking, auto's, opslag, schepen, textiel, transport, robotica, vloeistofniveaubewaking, open kanaalstroomdetectie en industriële automatisering.
De belangrijkste voordelen van ultrasone sensoren zijn de hoge meetnauwkeurigheid, stabiele werking, contactloze detectie, sterke richtingsgevoeligheid en de mogelijkheid om met veel vloeibare en vaste materialen te werken. Ultrasone sensoren hebben echter ook beperkingen, zoals een vast frequentiebereik, relatief hoge stuurspanning, blinde zones, beperkt bereik en gevoeligheid voor temperatuur, zachte materialen, luchtstroom en installatieomstandigheden.
Een ultrasone sensor werkt door ultrasone golven uit te zenden en de gereflecteerde echo te ontvangen. De sensor stuurt een hoogfrequente geluidspuls naar een doel. Wanneer de geluidsgolf het objectoppervlak bereikt, wordt een deel van de golf teruggekaatst naar de ontvanger. De sensor berekent vervolgens de afstand of positie op basis van de tijd tussen verzending en ontvangst.
De ultrasone sonde is meestal gebaseerd op piëzo-elektrische keramische elementen. Deze piëzo-elektrische elementen kunnen elektrische energie omzetten in mechanische trillingen om ultrasone golven over te brengen, en ze kunnen ook ontvangen trillingen weer omzetten in elektrische signalen.
Wanneer het aangelegde pulssignaal overeenkomt met de natuurlijke resonantiefrequentie van het piëzo-elektrische element, trilt het element sterk en genereert het ultrasone golven. Wanneer gereflecteerde golven terugkeren naar de sonde, ontvangt het piëzo-elektrische element de trilling en zet deze om in een elektrisch signaal voor analyse.
| Voordeel | Waarom het belangrijk is |
|---|---|
| Contactloze meting | De sensor kan objecten detecteren zonder ze aan te raken, wat handig is voor kwetsbare, bewegende, hete of corrosieve materialen. |
| Werkt met veel materialen | Ultrasone sensoren kunnen veel vloeistoffen en vaste stoffen meten, inclusief ondoorzichtige materialen die moeilijk zijn voor optische sensoren. |
| Wordt niet beïnvloed door kleur of transparantie | Omdat de detectie gebaseerd is op geluidsreflectie, hebben de kleur en transparantie van het doel doorgaans weinig invloed op de meting. |
| Goede directionaliteit | Ultrasone golven hebben korte golflengten en een sterke richtingsgevoeligheid, waardoor ze geschikt zijn voor afstands- en niveaumetingen. |
| Kan werken in donkere omgevingen | In tegenstelling tot optische sensoren zijn ultrasone sensoren niet afhankelijk van zichtbaar licht. |
| Handig bij stof, rook of nevel | Veel ultrasone sensoren presteren beter dan optische sensoren in stoffige, rokerige omgevingen of omgevingen met weinig licht. |
| Nadeel | Impact op de toepassing |
|---|---|
| Vast frequentiebereik | Een 40 kHz-sensor werkt doorgaans alleen in de buurt van het ontworpen frequentiebereik, zoals ongeveer 38-42 kHz. |
| Hogere aandrijfspanning | Sommige ultrasone transducers vereisen een hoge piek-tot-piekspanning, dus laagspanningscircuits hebben mogelijk een boostcircuit of transformator nodig. |
| Temperatuur invloed | De snelheid van het geluid verandert met de luchttemperatuur, wat de nauwkeurigheid van afstandsmetingen kan beïnvloeden. |
| Zachte materialen absorberen geluid | Schuim, stof en andere zachte oppervlakken kunnen ultrasone golven absorberen en de echosterkte verminderen. |
| Blinde zone | Objecten die zich te dicht bij de sensor bevinden, bevinden zich mogelijk binnen de minimale detectieafstand en kunnen niet nauwkeurig worden gemeten. |
| Beperkt bereik | Ultrasone golven worden zwakker naarmate de afstand groter wordt, waardoor het bereik van de sensor wordt beperkt door frequentie, vermogen, doeloppervlak en omgeving. |
Ultrasone golven hebben een hoge frequentie, korte golflengte, kleine diffractie, sterke richtingsgevoeligheid en goede penetratie in veel vloeistoffen en vaste stoffen. Wanneer ultrasone golven een onzuiverheid, grens of materiaalgrensvlak ontmoeten, produceren ze gereflecteerde echo's die kunnen worden gedetecteerd en geanalyseerd.
Ultrasone sensoren kunnen ook Doppler-gebaseerde detectie voor bewegende objecten ondersteunen. Dit maakt ultrasone technologie bruikbaar bij afstandsmeting, vloeistofniveaumeting, objectdetectie, flowmonitoring, foutdetectie, robotica, parkeerhulp, industriële automatisering en medische apparatuur.
Voor detectie en meting worden vaak ultrasone sondes met een laag vermogen gebruikt. Afhankelijk van het golftype en de structuur kunnen ultrasone sondes rechte sondes voor longitudinale golven, schuine sondes voor transversale golven, oppervlaktegolfsondes, Lamb-golfsondes en dubbele sondes omvatten waarbij het ene element zendt en het andere ontvangt.
Voor industriële en consumententoepassingen omvatten veel voorkomende producten ultrasone sensoren van het open type, waterdichte ultrasone sensoren, hoogfrequente ultrasone sensoren, parkeersensoren en niveausensoren. De juiste keuze hangt af van bereik, frequentie, behuizing, waterbestendigheid, doelmateriaal en installatieomgeving.
De nauwkeurigheid van een ultrasone sensor hangt af van de frequentie, gevoeligheid, aandrijfspanning, doeloppervlak, luchttemperatuur, vochtigheid, luchtstroom, installatiehoek en echosignaalverwerking. Een sensor met temperatuurcompensatie kan fouten veroorzaakt door veranderingen in de geluidssnelheid verminderen.
De gevoeligheid hangt voornamelijk af van het piëzo-elektrische element. Een grotere elektromechanische koppelingscoëfficiënt betekent doorgaans een hogere gevoeligheid. Een hogere gevoeligheid helpt de sensor zwakkere echo's te ontvangen, maar de uiteindelijke prestaties zijn nog steeds afhankelijk van het volledige circuitontwerp en de applicatieomgeving.
Ultrasone sensoren worden gebruikt in industriële metingen, landbouw, lichte industrie, medische apparatuur, parkeersystemen, robotica, beveiligingssystemen, niveaubewaking, objectdetectie en niet-destructief onderzoek. Ze kunnen geluiden en echo's detecteren die menselijke oren niet kunnen horen, en de informatie vervolgens omzetten in bruikbare afstands-, positie- of materiële gegevens.
In praktische toepassingen kan ultrasoon bereik worden gebruikt voor het vermijden van obstakels, het meten van het tankniveau, de detectie van open kanaalstroming, hulp bij het achteruitrijden van voertuigen, robotnavigatie, materiaalpositionering en foutdetectie in metalen of massieve constructies.
Wanneer u een ultrasone sensor kiest, bevestig dan eerst de detectieafstand, de blinde zone, het doelmateriaal, de vereiste nauwkeurigheid, de bedrijfsfrequentie, de aandrijfspanning, de stralingshoek, de responstijd, de waterdichte vereiste en het werktemperatuurbereik.
Voor buiten- of natte omgevingen wordt doorgaans de voorkeur gegeven aan een waterdichte ultrasone sensor. Voor nauwkeurige detectie op korte afstand kan een sensor met een hogere frequentie een betere resolutie bieden. Voor detectie over lange afstanden kunnen een lagere frequentie en een sterker zendvermogen geschikter zijn.
Test de sensor vóór massaproductie in de echte installatiepositie en -omgeving. De montagehoek, de opening van de behuizing, de vorm van het doel, obstakels in de buurt, temperatuurschommelingen en elektrische ruis kunnen allemaal de werkelijke prestaties beïnvloeden.
Ultrasone sensoren bieden nauwkeurige, stabiele en contactloze metingen voor veel vloeibare en vaste materialen. Ze zijn vooral handig wanneer optische detectie wordt beïnvloed door kleur, transparantie, duisternis, stof, rook of oppervlaktereflectie.
Tegelijkertijd zijn ultrasone sensoren niet voor elke situatie geschikt. Ingenieurs moeten rekening houden met frequentie, spanning, gevoeligheid, temperatuurcompensatie, blinde zone, bereik, doelmateriaal en installatieomstandigheden voordat ze een sensor kiezen.
Een ultrasone sensor meet de afstand door een hoogfrequente geluidspuls te verzenden en de gereflecteerde echo te ontvangen. De afstand wordt berekend vanaf de tijd die de geluidsgolf nodig heeft om naar het doel te reizen en terug te keren.
Ultrasone sensoren kunnen onder geschikte omstandigheden zeer nauwkeurig zijn, vooral voor contactloze afstands- en niveaumetingen. De nauwkeurigheid is afhankelijk van temperatuur, vochtigheid, doeloppervlak, sensorfrequentie, installatiehoek en signaalverwerking.
Temperatuur verandert de geluidssnelheid in de lucht. Wanneer de temperatuur verandert, kan de gemeten afstand verschuiven, tenzij de sensor temperatuurcompensatie gebruikt of het systeem de meting corrigeert.
Kies een ultrasone sensor van het open type voor schone binnenomgevingen en compacte apparatuur. Kies een waterdichte ultrasone sensor voor buiten, vochtige, stoffige of spatgevoelige omgevingen.
Gebruik de juiste frequentie, houd de sensor uitgelijnd met het doel, vermijd nabijgelegen obstakels, zorg voor een stabiele rijspanning, gebruik temperatuurcompensatie en test de sensor in de uiteindelijke installatieomgeving.
