Question 1

초음파 센서의 작동 원리

Accepted Answer

초음파 센서의 기능 다이어그램

트랜스듀서
오실레이터 (트랜스듀서 자극)
앰프
앰프
비교기 (신호 디지털화)
클럭-펄스 발생기

작동 상태에서는 사운드 트랜스듀서에 전압이 있습니다. 피에조 전기적 효과로 트랜스듀서는 진동하여 사운드 버스트를 생성합니다. 이 시점에서 클록 펄스 발생기는 센서를 수신 모드로 전환하며 시간 측정이 시작됩니다. 사운드 버스트가 타겟에 닿으면 트랜스듀서에 에코가 다시 반사됩니다. 사운드 버스트의 에코는 피에조 전기적 효과로 트랜스듀서를 진동시키고 시간 측정이 중지됩니다. 측정된 시간과 사운드 속도에 따라 타겟까지의 거리를 결정할 수 있습니다.

타겟까지의 거리는 다음 방정식을 사용하여 시간 측정으로 계산됩니다:

d = c * t / 2
여기에서 d = 거리 (m)
c = 사운드 속도 [m/s]
t = 시간 (초)

Question 2

초음파 트랜스듀서의 구조

Accepted Answer

피에조 소자가 사운드를 송신 및 수신합니다 (40…300kHz 레인지).
폼에 내장된 마운팅으로 피에조 소자가 자유롭게 진동할 수 있습니다.
고정
조정 레이어는 공기와 피에조 소자 사이의 음향 임피던스와 일치합니다.
사운드 웨이브

Question 3

초음파 직접반사형 센서는 언제 사용합니까?

Accepted Answer

모든 선형 이동 방향 (x, y, z)이 가능합니다. 축 회전이 4° 이상 되지 않도록 합니다.

직접반사형 센서는 시간 측정을 사용하여 물체에 의해 반사된 사운드 웨이브를 평가하여 물체까지의 거리를 결정합니다. 이 그림은 센서의 감지 레인지 및 스위칭 행동을 보여줍니다. 트랜스듀서는 송신기와 수신기의 역할을 하므로 스위칭 시간이 필요하기 때문에 신호 평가가 불가능한 소위 불감대역이라는 최소 거리가 있습니다.

Question 4

미러반사형 모드 초음파 센서는 언제 사용합니까? 무엇을 고려해야 합니까?

Accepted Answer

미러반사형 센서를 사용하면 방출된 사운드가 벽 또는 금속판과 같은 정의된 반사경을 통해 반사됩니다. 반사된 신호가 차단되면 물체가 감지됩니다. 미러반사형 모드 초음파 센서는 거품, 들쭉날쭉한 표면, 각진 형태 등 사운드 반사 성능이 떨어지는 물체에 사용됩니다. 에코가 수신되는지 여부만 평가하므로 이러한 센서에 불감대역은 없습니다.

Question 5

초음파 센서에 대한 반응 곡선은 어떤 정보를 제공합니까?

Accepted Answer

반응 곡선은 특정 초음파 센서가 특정 어플리케이션을 해결하는 데 적합한지 판단하는 데 도움이 됩니다. 이러한 곡선은 제품 데이터 시트에 나와 있습니다. 상세한 설명은 제품 페이지의 "다운로드" 섹션에 있는 "마운팅 및 작동에 대한 일반 정보" 문서에서 찾을 수 있습니다.

간격: x축, 감지 레인지 y축, 사운드 빔의 너비.
감지 영역: 표준 타겟의 절반이 감지 영역 내에 있는 경우
Switch-On 곡선: 곡선은 표준 타겟의 가장자리가 측면으로 접근할 때 switch-on 포인트를 나타냅니다.
목표물: 타겟 크기는 센서의 최대 레인지에 따라 달라집니다. 데이터 시트 참조.
감지 영역 내 타겟의 50%
스위치 포인트

센서에 축 방향으로 접근하는 타겟의 경우 (탱크 레벨 어플리케이션), 센서는 switch-on 곡선에 도달하는 즉시 타겟을 감지합니다.

사운드 곡선이 어플리케이션의 요구사항에 비해 너무 큰 경우, 사운드 튜브를 사용하여 사운드에 더 초점을 맞추는 것이 좋습니다.

적절한 기능을 보장하기 위하여 특정한 어플리케이션에서에서 테스트가 필요할 수 있습니다.

Question 6

초음파 센서의 성능에 영향을 미칠 수 있는 요소는 무엇입니까?

Accepted Answer

초음파 센서는 기온 (온도 보상기능이 내장되어 있음), 기압 및 습도의 변동에 영향을 받지 않습니다. 그러나 다른 요소가 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

난기류 – 강한 난기류는 소리 전파에 부정적인 영향을 줄 수 있으므로 결과적으로 측정에 부정적인 영향을 미칩니다. 난기류의 원인으로는 바람, 압축 공기 및 냉각 팬이 있습니다. 센서를 물리적으로 차폐하고 난기류와의 거리를 측정하여 영향을 최소화할 수 있습니다.
타겟 재질 및 표면 특성 – 센서로 부터 멀리 떨어진 사운드를 흡입하는 재질 또는 표면은 직접반사형 모드 초음파 센서로 감지하기 어렵습니다. 미러반사형 모드 초음파 센서가 더 나은 해결책이 될 수 있습니다.
타겟 속도 - 직접반사형 모드 초음파 센서는 일반적으로 스위칭 주파수가 10 Hz 이하 이므로 빠른 속도의 어플리케이션에 적합하지 않습니다.
타겟 크기 – 타겟이 신뢰성있게 감지되기 위하여 최소 크기 요구사항이 충족되어야 합니다. 타겟이 작을수록 초음파 센서가 신뢰성있게 감지할 수 있는 감지 레인지가 짧아집니다.
타겟 방향 – 직접반사형 초음파 어플리케이션의 경우, 센서 감지면이 타겟에 평행하게 정렬되어야 합니다. 매끄러운 표면에서는 최대 4 °의 이탈이 허용됩니다.
감지면 오염 – 트랜스듀서의 진동을 통해 소량의 먼지와 습기가 제거되지만, 많은 양의 경우 성능이 저하될 수 있습니다.
상호간섭 – 초음파 센서가 서로 너무 가까이 장착되어 있는 경우, 상호간섭이 발생될 수 있습니다. 사용 설명서에 지정된 마운팅 거리를 준수하십시오.

	초음파	유도형	포토
물체에 대한 긴 거리
색상 / 투명도에 무관함			¹
재질에 무관함
온도 변동
센서에 침전물	²	³
외부광선에 대한 내구성
높은 주변 습도

많은 강점, 적은 한계: 초음파 기술의 작동 방식

초음파 센서와 다른 위치 감지 제품의 비교

초음파 센서의 작동 원리