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- Tecnología de sensores ultrasónicos
Vista general de tecnologías
Los sensores ultrasónicos determinan todos los objetos que reflejan el sonido y miden el tiempo desde la transmisión hasta la recepción de la señal de sonido, sin importar el color, la transparencia y el reflejo de la superficie del objeto.
Comparación de los sensores ultrasónicos con otros productos de detección de la posición
Este gráfico evalúa el rendimiento de las diferentes tecnologías bajo influencias específicas.
| Inductivo | Capacitivo | Óptico | Ultrasonido | |
|---|---|---|---|---|
| Temperatura |  |
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| Humedad | |
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| Polvo sobre la superficie del sensor | 3 |
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4 |
| Luz externa | |
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| Ruido | |
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2 |
| Color/transparencia | |
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1 |
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| Distancia al objeto |
baja | baja | alta | alta |
| Fuertes turbulencias de aire | |
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1) p. ej. film/vidrio fino transparente
2) siempre que no haya influencia recíproca
3) siempre que sea no conductor
4) siempre que no sea muy grueso
Funcionamiento
El transductor tiene alta tensión para su funcionamiento. Como resultado, el transductor vibra debido al efecto piezoeléctrico y emite un impulso de sonido en el aire. A continuación, el temporizador de impulsos cambia el sensor al modo de recepción y se inicia la medición de tiempo. Cuando el impulso de sonido golpea el objeto, se refleja un eco al transductor. El eco del impulso de sonido hace que el transductor vibre debido al efecto piezoeléctrico y se detiene la medición del tiempo.
El transductor ultrasónico se fabrica de acuerdo con la ilustración.
- El elemento piezoeléctrico transmite y recibe la señal de sonido (200...400 kHz de ancho de banda).
- El elemento piezoeléctrico puede vibrar libremente debido al montaje con espuma.
- Fijación.
- La capa de compensación ajusta la impedancia acústica entre el aire y el elemento piezoeléctrico.
- Haz ultrasónico.
Zona de detección - Sistema de reflexión directa
Algunos sensores ultrasónicos se basan exclusivamente en el eco del objeto y se conocen como sensores de reflexión directa. La siguiente figura muestra la zona de detección y el estado de la salida. Se debe observar la zona ciega, es decir, la distancia mínima requerida para que el sensor genere, reciba y evalúe una señal.
Campo de aplicación - Sistemas réflex
Los sistemas réflex se utilizan para objetos con baja reflexión de sonido, como espuma, superficies irregulares o formas angulares. Estos sensores no tienen una zona ciega; sin embargo, se requiere un reflector como una placa de metal o una pared.
Curvas de sonido/respuesta
Las curvas de respuesta ayudan al usuario a decidir si un sensor ultrasónico en particular es adecuado para resolver una aplicación específica. Estas curvas se incluyen en la hoja de datos del producto y están disponibles en la "Info Card" para descargar la hoja de datos. Son relevantes para los objetos a los que el sensor se aproxima lateralmente.
En el caso de los sensores que se aproximan al objeto axialmente (como el nivel de un tanque), el sensor detecta el objeto al alcanzar la curva de conmutación.
Para aplicaciones donde la curva de sonido es demasiado grande, se debe considerar el uso de E23000 para poder concentrar mejor el sonido.
Puede ser necesario verificar la aplicación respectiva para asegurar un funcionamiento correcto.
Factores
Los sensores ultrasónicos no se ven afectados por las variaciones de temperatura, presión y humedad del aire (tienen incorporada una compensación de temperatura). Sin embargo, el rendimiento puede verse afectado por otros factores.
- Turbulencias del aire: La propagación del sonido y, por tanto, su medición puede verse afectada negativamente por una fuerte turbulencia del aire causadas por el viento, el aire comprimido y los ventiladores de refrigeración. La influencia puede reducirse mediante el apantallamiento físico del sensor o de la zona de medición.
- Material y naturaleza del objeto: Los materiales que absorben el sonido o las superficies que lo repelen son difíciles de detectar con los sensores ultrasónicos. Una barrera fotoeléctrica unidireccional puede ser la mejor solución.
- Velocidad del objeto: Los sistemas de reflexión directa suelen tener frecuencias de conmutación de hasta 10 Hz y, por tanto, no son adecuados para aplicaciones de alta velocidad.
- Tamaño del objeto: Los sensores ultrasónicos con fotocélulas láser no pueden medir objetos diminutos. Es posible detectar objetos pequeños, pero generalmente a expensas de un alcance más pequeño.
- Alineación de objetos: Para aplicaciones de sistemas de reflexión directa, el sensor debe estar alineado paralelamente al objeto. En superficies lisas se pueden tolerar desviaciones de máx. 4°.
- Suciedad excesiva de la superficie: Pequeñas cantidades de polvo y humedad pueden acumularse en la superficie debido a la vibración, pero solo se empeorará el rendimiento con una acumulación mayor de la suciedad.
- Interferencias mutuas: Los sensores ultrasónicos son susceptibles de sufrir interferencias mutuas cuando se instalan cerca uno del otro. Deberán respetarse las distancias de montaje especificadas en el manual de instrucciones.