Zastosowanie przetwornika ultradźwiękowego w automatyce przemysłowej

Typowe przykłady zastosowań czujników ultradźwiękowych

 

Kiedyś uważano, że czujniki ultradźwiękowe są zbyt trudne lub zbyt drogie w obsłudze, ale wraz ze zmniejszeniem kosztów i łatwością obsługi coraz więcej projektantów mechanicznych włącza czujniki ultradźwiękowe do projektów maszyn. Przemysłowe obszary zastosowań czujników ultradźwiękowych obejmują wykrywanie stanu napełnienia, wykrywanie obiektów i substancji odblaskowych, kontrolowanie rozszerzania się lin pętlowych i pomiar odległości. Oto kilka przykładów zastosowań:

 

W warsztacie rozlewniczym sprawdź butelkę

 

Kluczowe punkty przy wyborze czujnika ultradźwiękowego:

 

Zasięg i rozmiar, rozmiar wykrytego obiektu będzie miał wpływ na efektywny zasięg ultradźwiękowy przetwornik zasięgu , czujnik musi wykryć pewien poziom fal dźwiękowych, aby zostały wzbudzone do sygnałów wyjściowych, większy obiekt może odbić większość fal dźwiękowych do czujnika, więc czujnik może. Obiekt jest wykrywany w jego granicach, a mały obiekt może odbijać tylko bardzo niewiele fal dźwiękowych, co znacznie zmniejsza zasięg wykrywania.

 

Obiekt mierzony, idealny obiekt, który można wykryć za pomocą Przetworniki ultradźwiękowe pzt powinny być dużym, płaskim przedmiotem o dużej gęstości, umieszczonym pionowo w stronę powierzchni czujnikowej czujnika. Trudne do wykrycia są te, których powierzchnia A jest bardzo mała, są wykonane z materiału dźwiękochłonnego, np. pianki, lub mają róg skierowany w stronę czujnika. Niektóre obiekty, które są trudne do wykrycia, można najpierw nauczyć się powierzchni tła obiektu, a następnie reagować na obiekt umieszczony pomiędzy czujnikiem a tłem.

 

W przypadku pomiaru cieczy powierzchnia cieczy musi być skierowana pionowo w stronę czujnika ultradźwiękowego. Jeżeli powierzchnia cieczy jest bardzo nierówna, należy wydłużyć czas reakcji czujnika. Uśredni te zmiany i może porównać ustalony odczyt. Wybierać. Wraz z poprawą poziomu automatyki przemysłowej na świecie pojawia się coraz więcej złożonych zastosowań, które stawiają także coraz wyższe wymagania w zakresie funkcji czujników. W tym kontekście pojawiły się czujniki różnych typów i zasad, a jednym z nich są czujniki ultradźwiękowe.

 

Pierwszą rzeczą do wyjaśnienia jest fala ultradźwiękowa: wszyscy wiemy, że dźwięk powstaje w wyniku wibracji. Jest to rodzaj fali, która rozchodzi się w innych kierunkach w postaci drgań w powietrzu lub innych ośrodkach. Fale dźwiękowe Przetworniki ultradźwiękowe pzt o częstotliwości od 20 Hz do 20 kHz nie są rozpoznawane przez ludzkie ucho. Fale dźwiękowe o częstotliwości drgań wyższej niż 20 kHz nazywamy falami ultradźwiękowymi. Charakteryzuje się wysoką częstotliwością, krótką długością fali, małym zjawiskiem dyfrakcyjnym, szczególnie dobrą kierunkowością i propagacją kierunkową. Fale ultradźwiękowe będą wytwarzać znaczne odbicia, gdy napotkają zanieczyszczenia lub interfejsy, tworząc echa. Czujniki ultradźwiękowe to czujniki, które przekształcają sygnały ultradźwiękowe w inne sygnały energetyczne, zwykle sygnały elektryczne.

 

Zasadniczo czujniki ultradźwiękowe można podzielić na cztery kategorie: ultradźwiękowe czujniki pomiarowe, ultradźwiękowe czujniki zbliżeniowe, czujniki ultradźwiękowe z płytą odblaskową i czujniki ultradźwiękowe MARPOSS z wiązką przechodzącą. Spośród tych czterech typów produktów, ultradźwiękowe płyty odblaskowe i ultradźwięki z wiązką przechodzącą mają tę samą zasadę, co odbicie lustrzane i fotoelektryczne z wiązką przechodzącą w czujnikach fotoelektrycznych, które są bardzo proste i nie wymagają dalszego przedstawiania.

 

Najbardziej typowe i powszechnie stosowane są ultradźwiękowy czujnik odległości i ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy. Zasada ich działania jest taka sama, z tą różnicą, że jedno wyjście jest wartością przełączającą, a drugie wartością analogową. Zasada jest następująca:

 

Tryb uruchamiania:

 

1. Czujnik generuje serię fal/impulsów dźwiękowych pod działaniem oscylatora elektronicznego, a następnie te fale dźwiękowe są wysyłane do otaczającego powietrza.

 

2. Fale dźwiękowe przesyłane są z czujnika do celu.

 

3. Przełącz czujnik w tryb odbioru.

 

Tryb odbioru:

1. Część echa odbitego od obiektu wraca do czujnika.

 

2. Mikroprocesor czujnika oblicza czas t potrzebny na transmisję i odbiór. (Jeśli prędkość dźwięku w ośrodku wynosi v, odległość między czujnikiem a celem wynosi: S=v*t/2)

 

3. Mikroprocesor steruje sygnałem wyjściowym w celu wyświetlenia odległości lub wartości przełączania.

 

W ten sposób kończy się cały proces pracy, a zasada jest również bardzo prosta.

 

Następna kwestia to zastosowanie. Chociaż ultradźwiękowe czujniki poziomu i czujniki fotoelektryczne mogą w niektórych zastosowaniach zastępować się nawzajem, a w większości przypadków są one komplementarne.

 

Zalety czujników ultradźwiękowych w porównaniu z czujnikami fotoelektrycznymi:

 

Potrafi ominąć małe przeszkody (takie jak kurz, fotoelektryczność jest absolutnie niedozwolona w tym środowisku).

 

Może mierzyć położenie cieczy. (np. do monitorowania poziomu cieczy)

 

Potrafi mierzyć przezroczyste obiekty. (takie jak obecność lub brak szkła lub informacje o przemieszczeniu)

 

Nie ma na to wpływu kolor powierzchni obiektu. (ekstremalnie ciemne lub wyjątkowo jasne powierzchnie)

 

Czujniki ultradźwiękowe można stosować w środowiskach zaolejonych. (Nawet jeśli na powierzchnię czujnikową zostanie rozpryskany olej, czujnik może nadal działać normalnie, ale jeśli olej rozpryśnie się na powierzchni nadawczej i odbiorczej czujnika fotoelektrycznego, fotoelektryczny nie będzie działać)