Question 1

Werking van de ultrasone sensor

Accepted Answer

Functieschema van een ultrasone sensor

Geluidsomvormer
Oscillator (activeert de geluidsomvormer)
Versterker
Versterker
Comparator (digitaliseert het signaal)
Impulstijdgever

In bedrijfstoestand staat er spanning op de geluidsomvormer. Vanwege het piëzo-elektrische effect wordt de geluidsomvormer in trilling gebracht en genereert een geluidsimpuls. Nu schakelt de impulstijdgever de sensor in de ontvangstmodus en de tijdmeting begint. Raakt de geluidsimpuls het object, wordt een echo teruggekaatst naar de geluidsomvormer. De echo van de geluidsimpuls laat de geluidsomvormer trillen en op basis van het piëzo-elektrische effect wordt een spanning opgewekt en de tijdmeting wordt gestopt. Aan de hand van de tijdmeting en de snelheid van het geluid kan vervolgens de afstand van het object worden bepaald.

De afstand tot het object wordt via de tijdmeting berekend aan de hand van de volgende vergelijking:

d = c * t / 2
waarbij d = afstand (m)
c = snelheid van het geluid [m/s]
t = tijd (s)

Question 2

Opbouw van een ultrasone-geluidsomvormer

Accepted Answer

Het piëzo-element zendt en ontvangt het geluidssignaal (bandbreedte 40 ... 300 kHz)
Doordat het piëzo-element in een schuimstof is geplaatst kan deze vrij trillen
Fixatie
De compensatielaag past de akoestische impedantie aan tussen de lucht en het piëzo-element
Geluidsgolven

Question 3

Wanneer gebruik ik een ultrasone reflectiesensor?

Accepted Answer

Alle lineaire bewegingsrichtingen (x,y,z) mogelijk. Asrotaties van meer dan 4 graden moeten worden vermeden.

Reflectiesensoren analyseren met behulp van een tijdmeting de geluidsgolven die door het object worden weerkaatst en bepaalt zo de afstand tot het object. De afbeelding toont het detectiebereik evenals het schakelgedrag van de sensor. Omdat de geluidsomvormer zowel als zender en ontvanger fungeert en zodoende een omschakeltijd nodig heeft, bestaat er een minimumafstand, de zogeheten blinde zone, waarbinnen een verwerking van het signaal niet mogelijk is.

Question 4

Wanneer gebruik ik een ultrasone reflectiecel?

Accepted Answer

Bij een reflectiesensor wordt het verzonden signaal door een gedefinieerde reflector, bijv. een wand of een metalen plaat, weerkaatst. Een object wordt herkend zodra dat het weerkaatste signaal onderbreekt. Zodoende zijn ultrasone reflectiesensorengeschikt voor objecten met slechte geluidsreflectiewerking zoals schuim, objecten met oneven oppervlakken of haakse vormen. Omdat bij dit sensortype alleen wordt geëvalueerd of een echo ontvangen wordt, hebben deze sensoren geen blind spot.

Question 5

Welke informatie bevatten de responscurves van een ultrasone sensor?

Accepted Answer

Responscurves komen voor de gebruiker van pas bij de beslissing of een bepaalde ultrasone sensor geschikt is voor een specifieke applicatie. Deze curves staan vermeld op het productgegevensblad. Een uitvoerige beschrijving vindt u in het volgende document: Uitgangspunten voor montage en gebruik op de productpagina in het gedeelte "Downloads".

Afstand: In X-as, tastbereik. In Y-as, breedte van de geluidskegel.
Detectiebereik: Voor het geval dat de helft van de standaardtarget zich binnen het detectiebereik bevindt.
Inschakelcurve: Opstartcurve: De curve beschrijft het inschakelpunt bij zijdelingse benadering van de kant van de standaardtarget
Target: De targetgrootte is afhankelijk van het maximale bereik van de sensor. Zie datablad.
50% van de target bevindt zich in het detectiebereik
Schakelpunt

Bij objecten die de sensor axiaal benaderen (zoals een tankniveau) herkent de sensor het object zodra het de inschakelcurve bereikt.

Is de geluidscurve te groot voor een applicatie, moet het gebruik van een soundtube worden overwogen, om het geluid beter te kunnen bundelen.

Een controle in de betreffende toepassing kan noodzakelijk zijn om een probleemloze werking te garanderen.

Question 6

Welke invloeden kunnen het meetgedrag van de ultrasone sensoren beïnvloeden?

Accepted Answer

Ultrasone sensoren worden niet beïnvloed door schommelingen in luchttemperatuur, de luchtdruk en de luchtvochtigheid (ze beschikken over een ingebouwde temperatuurcompensatie). De werking kan echter door andere factoren worden beïnvloed.

Luchtturbulenties – de geluidsspreiding en daardoor de meting kan negatief worden beïnvloed door sterke luchtturbulenties. Luchtturbulenties kunnen worden veroorzaakt door wind, druklucht en koelventilatoren. De invloed kan worden verminderd door de sensor/meetafstand fysiek af te schermen van de turbulentie.
Objectmateriaal en oppervlaktekwaliteit – geluidsabsorberende materialen of oppervlaktes die het geluid van de sensoren wegkaatsen, kunnen moeilijk door ultrasone reflectiesensoren worden gedetecteerd. Een ultrasone reflectiesensoris hier mogelijk de betere oplossing.
Objectsnelheid – ultrasone reflectiesensoren beschikken gewoonlijk over schakelfrequenties van maximaal 10 Hz en zijn daarom ongeschikt voor hogesnelheidstoepassingen.
Objectgrootte –objecten hebben een minimumafmeting nodig, om betrouwbaar te kunnen worden gedetecteerd. Hoe kleiner een object is, des te geringer is het tastbereik waarin het op betrouwbare wijze door de ultrasone sensor kan worden gedetecteerd.
Objectuitlijning – bij toepassingen met reflectiesensoren moet de sensor evenwijdig aan het object worden uitgelijnd. Verdraaiingen van max. 4 graden kunnen op gladde oppervlaktes worden getolereerd.
Buitensporige vervuiling van het oppervlak – kleine hoeveelheden stof en vocht worden door de oscillatie van de geluidsomvormer van het oppervlak verwijderd, de werking vermindert pas bij grotere afzettingen op het meetoppervlak.
Onderlinge beïnvloeding – ultrasone sensoren zijn gevoelig voor onderlinge beïnvloeding, wanneer ze dicht naast elkaar worden gemonteerd. De montageafstanden die vermeld staan in de gebruiksaanwijzing moeten in acht worden genomen.

	Ultrasoon	Inductief	Optisch
Groot bereik tot het object
Onafhankelijkheid van kleur/transparantie			¹
Materiaalonafhankelijkheid
Temperatuurschommelingen
Aanhechting op de sensor	²	³
Ongevoeligheid voor vreemd licht
Hoge omgevingsluchtvochtigheid

Vele pluspunten, weinig grenzen: Ultrasone technologie uitgelegd

Vergelijking van ultrasone sensoren met andere oplossingen voor positieherkenning

Werking van de ultrasone sensor