Ultrazvukové senzory

Ultrazvuk, člověk nevnímá zvuk s frekvencí nad 16 kHz, nicméně rychlost jeho šíření vzduchem je známá a je 344 m/s. S údaji o rychlosti zvuku a době jeho šíření lze vypočítat přesnou vzdálenost, kterou ultrazvuková vlna urazila. Tento princip je základem fungování ultrazvukových senzorů.

Ultrazvukové snímače jsou široce používány v různých výrobních oblastech a jsou svým způsobem univerzálním nástrojem pro řešení mnoha problémů v automatizaci technologických procesů. Takové senzory se používají k určení vzdálenosti a umístění různých objektů.

Zjišťování hladiny kapaliny (například spotřeba paliva v dopravě), detekce štítků včetně průhledných, sledování pohybu předmětu, měření vzdálenosti — to jsou jen některé z možných aplikací ultrazvukových senzorů.

Ve výrobě je zpravidla mnoho zdrojů kontaminace, které se mohou stát problémem pro mnoho mechanismů, ale ultrazvukový senzor se kvůli zvláštnostem jeho provozu absolutně nebojí kontaminace, protože pouzdro senzoru, pokud je to nutné, lze spolehlivě chránit před možnými mechanickými vlivy.

Ultrazvukový snímač obsahuje ve svém provedení piezoelektrický měnič, který je zároveň vysílačem i přijímačem. Piezoelektrický měnič vysílá řadu zvukových impulsů, poté přijímá ozvěnu a převádí signál na napětí, které je přiváděno do ovladače. Více o využití v technologii čtěte zde. piezoelektrický efekt.

Frekvence ultrazvuku se pohybuje od 65 kHz do 400 kHz v závislosti na typu snímače a frekvence opakování pulzů je mezi 14 Hz a 140 Hz. Regulátor zpracovává data a vypočítává vzdálenost k objektu.

Aktivní rozsah ultrazvukového senzoru je pracovní rozsah detekce. Detekční rozsah Jedná se o vzdálenost, ve které může ultrazvukový snímač detekovat objekt, bez ohledu na to, zda se objekt přibližuje k snímacímu prvku v axiálním směru nebo se pohybuje zvukovým kuželem.

Existují tři hlavní režimy činnosti ultrazvukových senzorů: opačný režim, difúzní režim a reflexní režim.

Pro opačný režim se vyznačuje dvěma samostatnými zařízeními, vysílačem a přijímačem, které jsou namontovány proti sobě. Pokud je ultrazvukový paprsek přerušen nějakým předmětem, výstup se aktivuje. Tento režim je vhodný pro drsná prostředí, kde je důležitá odolnost vůči rušení. Ultrazvukový paprsek urazí vzdálenost signálu pouze jednou.Toto řešení je drahé, protože vyžaduje instalaci dvou zařízení — vysílače a přijímače.

Difúzní režim zajišťovaný vysílačem a přijímačem ve stejném krytu. Náklady na takovou instalaci jsou mnohem nižší, ale doba odezvy je delší než v opačném režimu.

Detekční rozsah zde závisí na úhlu dopadu na objekt a na vlastnostech povrchu objektu, protože paprsek se musí odrážet od povrchu samotného detekovaného objektu.

Pro reflexní režim jsou vysílač a přijímač také ve stejném pouzdře, ale ultrazvukový paprsek je nyní odrážen reflektorem. Předměty v detekčním dosahu jsou detekovány jak měřením změn vzdálenosti uražené ultrazvukovým paprskem, tak odhadem absorpce nebo ztráta odrazu v odraženém signálu. Předměty pohlcující zvuk, stejně jako předměty s hranatými povrchy, jsou s tímto režimem senzoru snadno detekovány. Důležitou podmínkou je, aby se neměnila poloha referenčního reflektoru.

Další možností využití infrazvuku v průmyslu je ultrazvukové svařování.