1. 超聲波傳感器的功能和技術(shù)

超聲波傳感器的功能與技術(shù)

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• 傳感器原理
• 超聲波接近傳感器
• 反射板式超聲波傳感器
• 對(duì)射式超聲波傳感器
• 超聲波測距傳感器

超聲波傳感器可謂是傳感器的“全能選手”，可勝任幾乎任何工業(yè)應(yīng)用中的檢測任務(wù)。被測物體的形態(tài)可以是固體、液體、顆粒或粉末。它們能可靠檢測透明、高光以及色彩不斷變化的物體。超聲波傳感器具有出色的耐污性，因此其過程可靠性不會(huì)受到粉塵、煙霧或其他類似物質(zhì)的影響，即便在苛刻的工作環(huán)境中它們也表現(xiàn)得尤為高效。

傳感器原理

大多數(shù)超聲波傳感器的測量原理是測量聲波從發(fā)射到接收（接近開關(guān)）之間的傳播時(shí)間。所謂超聲波隔柵原理，即測定傳感器與反射板（反射板式傳感器）或傳感器與測量范圍內(nèi)的物體（對(duì)射式傳感器）之間的距離。

接近開關(guān)

超聲波接近開關(guān)是.簡單的超聲波物體檢測原理：發(fā)射器和接收器位于同一個(gè)外殼內(nèi)，超聲波經(jīng)被測物體反射后直接進(jìn)入接收器。帶自學(xué)習(xí)功能的超聲波傳感器不同于傳統(tǒng)產(chǎn)品，用戶只需按下自學(xué)習(xí)按鈕就可以很方便地完成設(shè)定，工作模式也更加多樣化。

典型應(yīng)用：
 

• 距離測量
• 堆垛高度測量

反射板式傳感器

反射板式傳感器的工作原理與超聲波接近開關(guān)相同：通過測量聲音的傳播時(shí)間，可測定傳感器與反射板（反射板式傳感器）或傳感器與測量范圍內(nèi)的物體（對(duì)射式傳感器）之間的距離。任何靜止的聲反射物體都可以作為反射板使用。

典型應(yīng)用：

• 形狀不規(guī)則的物體和傾斜物體
• 聲折射目標(biāo)物體
• 棉絮、泡沫橡膠等吸音材料

對(duì)射式傳感器

對(duì)射式超聲波傳感器響應(yīng)時(shí)間短、感應(yīng)范圍廣。發(fā)射器和接收器分別安裝在兩個(gè)獨(dú)立外殼內(nèi)。發(fā)射器不停發(fā)射聲波，通過空氣傳播至接收器。當(dāng)物體中斷聲波時(shí)，接收器觸發(fā)開關(guān)動(dòng)作，輸出級(jí)狀態(tài)改變。

典型應(yīng)用：

• 檢測連續(xù)快速通過的物體
• 對(duì)由難檢測材料制成的物體（玻璃容器、PET瓶等）進(jìn)行計(jì)數(shù)
• 監(jiān)控透明材料
• 薄膜裂口監(jiān)控
• 儲(chǔ)罐和料倉內(nèi)的物位監(jiān)控

超聲波接近傳感器

設(shè)計(jì)和工作原理

超聲波接近傳感器采用了一種特殊的聲波換能器，實(shí)現(xiàn)了聲波的交替發(fā)射和接收。換能器發(fā)射出的超聲波被物體反射，然后由換能器再次接收。聲波發(fā)射后，超聲波傳感器會(huì)切換到接收模式。發(fā)射和接收之間所經(jīng)過的時(shí)間與物體到傳感器之間的距離成正比。

數(shù)字量輸出

感應(yīng)必須在檢測區(qū)域內(nèi)才能發(fā)生，可以利用傳感器的電位計(jì)或電子自學(xué)習(xí)功能（自學(xué)習(xí)按鈕或外部自學(xué)習(xí)）調(diào)節(jié)所需要的感應(yīng)范圍。如果在設(shè)定的區(qū)域內(nèi)檢測到物體，輸出狀態(tài)將發(fā)生變化，并通過內(nèi)置LED顯示。

目標(biāo)物檢測

聲波在硬表面上的反射效果.佳。目標(biāo)物可以是固體、液體、顆粒或粉末。一般來說，超聲波傳感器主要用于那些光學(xué)檢測原理欠缺可靠性的物體檢測領(lǐng)域。

標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)物

標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)物定義為下述尺寸的正方形扁平物體：

• 15 x 15 mm（Sde長250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde長1000 mm）
• 100 x 100毫米（Sde> 1000毫米）

目標(biāo)物在垂直于傳感器軸的方向安裝。

尺寸

為確保可靠的物體檢測，反射信號(hào)必須足夠大。信號(hào)強(qiáng)度取決于物體的大小。使用標(biāo)準(zhǔn)物體，感應(yīng)范圍Sd可以達(dá)到大

表面

在檢測吸音材料時(shí)，大感應(yīng)距離會(huì)縮短。當(dāng)物體的大粗糙度不超過0.2mm時(shí)，感應(yīng)范圍可以達(dá)到大。

典型的吸音材料包括：

• 泡沫橡膠
• 棉/毛/布/氈
• 多孔材料

聲錐縱面

本產(chǎn)品目錄的技術(shù)參數(shù)表中所示聲錐縱面表示超聲波傳感器的有效感應(yīng)區(qū)域。圖形所示是短距離旁波瓣，拓寬了傳感器的近距離擴(kuò)散角。由于吸音和空氣擴(kuò)散原因，旁波瓣在長距離處減小。大小、形狀、表面特性和目標(biāo)物檢測方向?qū)τ诔暡▊鞲衅鞯膫?cè)面檢測區(qū)域具有非常大的影響。整個(gè)產(chǎn)品系列采用相同的聲錐縱面，例如感應(yīng)范圍相同的所有相關(guān)傳感器均采用典型的100-1000 mm縱面圖，包括數(shù)字量和模擬量輸出。

測量方法

使用標(biāo)準(zhǔn)鋼制正方形目標(biāo)物來測定典型聲錐縱面的形狀。

• 15 x 15 mm（Sde長250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde長1000 mm）
• 100 x 100毫米（Sde> 1000毫米）

目標(biāo)物與傳感器的參考軸垂直，在不同距離處，均從側(cè)面接近。然后，用一根線連接測量點(diǎn)畫出聲錐縱面。在檢測圓形或其他形狀的物體時(shí)，聲錐形狀可能會(huì)發(fā)生變化。

反射板式超聲波傳感器

設(shè)計(jì)和工作原理

反射板式傳感器的工作原理類似于超聲波接近傳感器。在感應(yīng)范圍內(nèi)，從傳感器到反射板或物體之間的距離通過測量傳播時(shí)間來確定。任何靜止的聲反射物體都可以作為反射板使用。可以使用傳感器的電位計(jì)，根據(jù)設(shè)置情況調(diào)節(jié)感應(yīng)距離Sd（傳感器與反射板之間的距離）。只要超聲波信號(hào)的傳播時(shí)間測量值與傳感器和反射板之間的距離相匹配時(shí)，設(shè)備處于非動(dòng)作狀態(tài)。當(dāng)物體進(jìn)入感應(yīng)范圍內(nèi)時(shí)，傳播時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，傳感器切換到動(dòng)作狀態(tài)。這樣，也可以對(duì)吸音和聲折射物體進(jìn)行檢測。

目標(biāo)物檢測

標(biāo)準(zhǔn)物體/反射板

標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)物定義為邊長為30mm的正方形扁平物體（Sde > 1000 mm：邊長100 mm；Sde ≥ 2500mm：邊長300mm），目標(biāo)物與傳感器的參考軸垂直。反射板必須用具有良好聲反射特性的材料制造，并且大小至少與目標(biāo)物相同。

近距離處的物體

為實(shí)現(xiàn)可靠的檢測，必須*覆蓋整個(gè)聲錐，這樣就不會(huì)有回波從反射板返回。為此，對(duì)于URDK 30，物體直徑至少為30mm，對(duì)于URAM 50，至少為100mm。

其余工作范圍內(nèi)的物體

為確保可靠的物體檢測，反射信號(hào)必須具有足夠的強(qiáng)度，強(qiáng)度大小取決于物體尺寸。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)尺寸或更大的物體，感應(yīng)范圍Sd可以達(dá)到大。

優(yōu)點(diǎn)

• 即使是吸音材料，也能夠輕松地檢測
• 可靠檢測聲折射物體
• 當(dāng)物體尺寸大于標(biāo)準(zhǔn)物體時(shí)，傳感器前方無盲區(qū)

對(duì)射式超聲波傳感器

設(shè)計(jì)和工作原理

發(fā)射器和接收器分別安裝在兩個(gè)獨(dú)立外殼內(nèi)。發(fā)射器發(fā)出的連續(xù)信號(hào)由接收器接收。物體阻斷聲束，使接收器做出反應(yīng)，并發(fā)出輸出信號(hào)。用戶可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。當(dāng)物體阻斷聲束時(shí)，接收器做出反應(yīng)，并發(fā)出輸出信號(hào)。

借助于內(nèi)置電位計(jì)，用戶可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。 

LED指示輸出級(jí)的狀態(tài)和信號(hào)強(qiáng)度。

聲束角α

聲束角（α）確定了對(duì)射式超聲波傳感器所發(fā)射的錐形聲束的邊界。

重復(fù)精度

由于聲束角較小，在理想情況下，兩個(gè)連續(xù)目標(biāo)物的開關(guān)點(diǎn)的重復(fù)精度小于3 mm。

遲滯

遲滯是指動(dòng)作點(diǎn)（S1）和釋放點(diǎn)（S2）之間的差異。如果物體阻斷聲束，信號(hào)值必須增加到約75 %，以復(fù)位輸出信號(hào)。這樣，可以輕松地檢測連續(xù)行進(jìn)的物體。

超聲波測距傳感器

設(shè)計(jì)和工作原理

傳感器提供一個(gè)與距離成比例的模擬電流或模擬電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)操作簡單的非接觸式距離測量。采用脈沖回波技術(shù)，測得的距離值以電壓值的方式輸出。輸出電流或輸出電壓同傳感器與被測物體之間的距離成正比。 

如使用測距傳感器，輸出電流或輸出電壓同傳感器與被測物體之間的距離成正比。輸出曲線的斜率可以通過電位計(jì)、自學(xué)習(xí)或qTeach功能進(jìn)行更改，并根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用進(jìn)行.佳調(diào)整，具體取決于傳感器。對(duì)于電纜較長，可能發(fā)生EMI或RFI干擾的應(yīng)用，應(yīng)該使用模擬電流輸出傳感器。