- M18 Cube: Utrymmesbesparande hölje från ifm
- Ultraljudsgivarteknik
Teknisk översikt
Ultraljudsgivare detekterar alla ljudreflekterande föremål och mäter tiden från att en ljudsignal sänds tills den tas emot. Målets färg, transparens och ytreflexion har ingen betydelse.
Jämförelse mellan ultraljudsgivare och andra produkter för positionsavkänning
Detta diagram visar en uppskattning av prestandan hos olika tekniker vid vissa typer av inverkan.
| Induktiv | Kapacitiv | Fotocell | Ultraljud | |
|---|---|---|---|---|
| Temperatur |  |
|
|
|
| Fukt | |
 |
 |
|
| Damm på givarens yta | 3 |
|
|
4 |
| Yttre ljus | |
|
|
|
| Brus | |
|
|
2 |
| Färg / transparens | |
|
1 |
|
| Avstånd till föremål |
låg | låg | hög | hög |
| Stark luftturbulens | |
|
|
|
1) t.ex. tunn, klar-transparent hinna/glas
2) om ingen ömsesidig interferens
3) om icke-konduktiv
4) om ej för tjock
Driftsprincip
Vid drift utsätts sändaren/mottagaren här kallad transducer för hög spänning. Detta får transducern att vibrera på grund av den piezoelektriska effekten och ett plötsligt ljud sänds genom luften. Vid denna tidpunkt växlar klockpulsgeneratorn givaren till mottagningsläge och tidsmätningen startar. När ljudet når målet reflekteras ett eko tillbaka till transducern. Ljudets eko får mottagaren att vibrera på grund av den piezoelektriska effekten och tidsmätningen stoppas.
Ultraljudstransducern är konstruerad som denna bild visar.
- Piezoelementet sänder och tar emot ljud (intervall 200–400 kHz)
- Montering med skumplast låter piezoelementet vibrera fritt
- Fixtur
- Adaptionslager matchar den akustiska impedansen mellan luften och piezoelementet
- Ljudvågor
Detekteringszon – diffust ultraljudsgivare
Några ultraljudsgivare förlitar sig enbart på ekot från ett mål. Dessa kallas diffus reflexionsgivare. Följande figur visar detekteringszonen och status för output. Observera den blinda zonen – det minsta avstånd som krävs för att sensorn ska generera, ta emot och utvärdera en signal.
Applikationsområde – retro-reflexiva ultraljudsgivare
Retro-reflexiva givare används för föremål med svag ljudreflexion som t.ex. skumplast, skrovliga ytor och former med många vinklar. Dessa givare har ingen blind zon; det krävs dock en reflektor, som exempelvis en metallplåt eller vägg.
Ljud / svarskurva
Svarskurvor hjälper användaren att avgöra lämpligheten hos en specifik ultraljudsgivare att lösa en viss applikation. Dessa kurvor visas på produktens datablad och på ”info-kortet” som finns att ladda ner från databladet, och är relevanta för mål som närmar sig givaren lateralt.
För mål som närmar sig givaren axialt (som vid en tanknivå-applikation) kommer givaren att detektera målet så fort det når kopplingskurvan.
För applikationer där ljudkurvan är för stor kan det vara lämpligt att använda E23000 för att fokusera ljudet bättre.
Testning kan behövas vid den specifika applikationen för att säkerställa att det fungerar korrekt.
Påverkansfaktorer
Ultraljudsgivare påverkas inte av förändringar i lufttemperatur (de har inbyggd temperaturkompensering), luftryck och fuktighet. Andra faktorer kan dock påverka prestandan.
- Luftturbulens – stark luftturbulens kan ha negativ inverkan på ljudets fortplantning och därmed även mätningen. Källor till luftturbulens är exempelvis vind, tryckluft och kylfläktar. Påverkan kan minimeras genom att fysiskt avskärma givaren / mätavståndet från turbulensen.
- Målmaterial och ytegenskaper – material som absorberar ljud eller ytor som leder bort ljud från mottagaren är svåra att känna av med ultraljudsgivare. En fotocell sändar/mottagar-lösning kan passa bättre.
- Målhastighet – diffus ultraljudsgivare har vanligen kopplingsfrekvenser på 10 Hz eller mindre och är inte användbar för applikationer med höga hastigheter.
- Målstorlek – ultraljudsgivare kan inte känna av mycket små mål som vanligen detekteras med lasersensorer. Små mål kan detekteras men oftast på bekostnad av minskad avkänningsräckvidd.
- Målriktning – för applikationer med diffus ultraljudsgivare bör sensorns framsida vara parallell med målet. Avvikelser på upp till 4° kan tolereras på jämna ytor.
- Nedsmutsning av framsidan – små mängder damm och fukt kan avlägsnas genom framsidans vibrationer men större mängder kommer att försämra prestandan.
- Överhörning – ultraljudsgivare är känsliga för överhörning om de monteras för nära varandra. Observera monteringsavståndet som anges i installationsanvisningarna.