- M18 Cube: il corpo compatto dei sensori ifm
- Tecnologia sensori a ultrasuoni
Panoramica della tecnologia
I sensori a ultrasuoni rilevano tutti gli oggetti suono-riflettenti e misurano il tempo dalla trasmissione alla ricezione di un segnale sonoro. Colore, trasparenza e riflessione della superficie dell'oggetto sono irrilevanti.
Confronto tra sensori a ultrasuoni e altri prodotti per il rilevamento della posizione
La tabella seguente valuta la funzione delle varie tecnologie con determinati influssi.
| Induttivo | Capacitivo | Ottico | Ultrasuoni | |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura |  |
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| Umidità | |
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| Polvere sulla superficie del sensore | 3 |
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4 |
| Luce estranea | |
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| Rumore | |
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2 |
| Colore / Trasparenza | |
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1 |
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| Distanza dall'oggetto |
piccola | piccola | grande | grande |
| Forti perturbazioni dell'aria | |
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1) es. pellicola/vetro sottile e trasparente
2) se non ci sono interferenze reciproche
3) se non conduttivo
4) se non troppo spesso
Funzionamento
Per il funzionamento, il trasduttore a ultrasuoni è sottoposto ad alta tensione. In questo modo il trasduttore a ultrasuoni vibra a causa dell'effetto piezoelettrico e trasmette un impulso sonoro nell'aria. A questo punto il generatore di impulsi commuta il sensore nella modalità di ricezione dando inizio così alla misurazione del tempo. Se l'impulso colpisce l'oggetto, viene riflessa una eco che ritorna al trasduttore. L'eco dell'impulso sonoro fa vibrare il trasduttore a ultrasuoni per via dell'effetto piezoelettrico e la misurazione del tempo viene arrestata.
Il trasduttore a ultrasuoni deve essere realizzato come illustrato nell'immagine.
- L'elemento piezoelettrico invia e riceve il segnale sonoro (200…400 kHz larghezza di banda)
- Il montaggio con materiale espanso può far vibrare l'elemento piezoelettrico
- Fissaggio
- Lo strato intermedio adegua l'impedenza acustica tra l'aria e l'elemento piezoelettrico
- Onda a ultrasuoni
Campo di rilevamento - Fotocellula a riflessione diretta
Alcuni sensori a ultrasuoni si affidano soltanto all'eco dall'oggetto. Sono conosciuti con il nome di fotocellule a riflessione diretta. La figura seguente illustra il campo di rilevamento e lo stato dell'uscita. Rispettare la zona morta, la distanza minima necessaria al sensore per realizzare, ricevere e valutare un segnale.
Campi di utilizzo - Fotocellule a riflessione diretta
Le fotocellule a riflessione diretta vengono utilizzate per oggetti con pessima potenza di riflessione sonora come ad esempio schiuma, superfici irregolari o per forme ad angolo. Per questi sensori non ci sono zone morte. Tuttavia, è necessario un riflettore come ad esempio una piastra metallica o una parete.
Curve dell'onda sonora / di risposta
Le curve di risposta sono utili all'utente per stabilire se un particolare sensore a ultrasuoni è adeguato per risolvere un'applicazione specifica. Queste curve sono indicate nella scheda tecnica del prodotto e nella "Infocard", disponibile per il download dalla scheda tecnica. Sono rilevanti per gli oggetti che si avvicinano lateralmente al sensore.
Per target che si avvicinano al sensore in modo assiale (come per il livello di un serbatoio), il sensore rileva l'oggetto non appena viene raggiunta la curva di attivazione.
Per le applicazioni in cui la curva dell'onda sonora è troppo grande, può rivelarsi necessario l'utilizzo di E23000 per canalizzare meglio l'onda sonora.
Un test nell'applicazione specifica può essere necessario per assicurare una funzione corretta.
Fattori d'influsso
I sensori a ultrasuoni non vengono influenzati da variazioni della temperatura, pressione o umidità dell'aria (hanno una compensazione termica integrata). Altri fattori possono tuttavia influenzarne la funzione.
- Perturbazioni dell'aria: le perturbazioni dell'aria possono influenzare negativamente la propagazione dell'onda sonora e quindi la misurazione. Le perturbazioni dell'aria possono essere causate da vento, aria compressa e ventilatori di raffreddamento. L'influsso può essere ridotto schermando fisicamente il sensore o la distanza di misura dalla perturbazione.
- Materiale dell'oggetto e aspetto superficiale: i materiali o le superfici fonoassorbenti, che respingono l'onda sonora dal ricevitore, sono difficili da rilevare con i sensori a ultrasuoni. Una fotocellula a barriera potrebbe essere in questo caso la soluzione migliore.
- Velocità dell'oggetto: le fotocellule a riflessione diretta hanno di solito frequenze di commutazione di massimo 10 Hz e non sono adatte per applicazioni ad alta velocità.
- Dimensione dell'oggetto: con i sensori a ultrasuoni è impossibile rilevare oggetti minuscoli, rilevabili normalmente con i sensori laser. Gli oggetti piccoli possono essere rilevati, tuttavia di solito con una portata ridotta.
- Orientamento dell'oggetto: nelle applicazioni con fotocellule a riflessione diretta, il sensore dovrebbe essere orientato parallelamente all'oggetto. Differenze di max. 4° possono essere tollerate su superfici lisce.
- Sporco eccessivo della superficie: a causa delle vibrazioni, si possono accumulare piccole quantità di polvere e umidità sulla superficie. La funzione peggiora tuttavia solo con quantità più grandi.
- Interferenza reciproca: i sensori a ultrasuoni sono sensibili a interferenza reciproca se sono montati l'uno vicino all'altro. Rispettare le distanze di montaggio indicate nelle istruzioni per l'uso.