Ultraschallsensoren

Ultraschall, ein Mensch nimmt Schall mit einer Frequenz über 16 kHz nicht wahr, die Ausbreitungsgeschwindigkeit in der Luft ist jedoch bekannt und beträgt 344 m/s. Mit Daten zur Schallgeschwindigkeit und seiner Ausbreitungszeit lässt sich die genaue Distanz berechnen, die die Ultraschallwelle zurückgelegt hat. Dieses Prinzip ist die Grundlage für die Funktionsweise von Ultraschallsensoren.

Ultraschallsensoren sind in verschiedenen Produktionsbereichen weit verbreitet und stellen in gewisser Weise ein universelles Werkzeug zur Lösung vieler Probleme bei der Automatisierung technologischer Prozesse dar. Solche Sensoren dienen zur Bestimmung der Entfernung und Position verschiedener Objekte.

Den Füllstand einer Flüssigkeit bestimmen (zum Beispiel den Kraftstoffverbrauch beim Transport), Etiketten erkennen, auch transparente, die Bewegung eines Objekts überwachen, Entfernungen messen – das sind nur einige der möglichen Anwendungen von Ultraschallsensoren.

In der Produktion gibt es in der Regel viele Kontaminationsquellen, die für viele Mechanismen zum Problem werden können, jedoch hat der Ultraschallsensor aufgrund der Besonderheiten seiner Funktionsweise absolut keine Angst vor Kontaminationen, da das Sensorgehäuse ggf. zuverlässig vor möglichen mechanischen Einflüssen geschützt werden.

Der Ultraschallsensor enthält in seiner Konstruktion einen piezoelektrischen Wandler, der sowohl Sender als auch Empfänger ist. Der piezoelektrische Wandler sendet eine Reihe von Schallimpulsen aus, empfängt dann das Echo und wandelt das Signal in eine Spannung um, die dem Controller zugeführt wird. Lesen Sie hier mehr über den Einsatz in der Technik. piezoelektrischer Effekt.

Die Ultraschallfrequenz liegt je nach Wandlertyp zwischen 65 kHz und 400 kHz, die Pulswiederholungsrate liegt zwischen 14 Hz und 140 Hz. Der Controller verarbeitet die Daten und berechnet die Entfernung zum Objekt.

Der aktive Bereich des Ultraschallsensors ist der Arbeitserfassungsbereich. Erfassungsbereich Dies ist die Entfernung, innerhalb derer der Ultraschallwandler ein Objekt erkennen kann, unabhängig davon, ob sich das Objekt dem Sensorelement in axialer Richtung nähert oder sich durch den Schallkegel bewegt.

Es gibt drei Hauptbetriebsmodi von Ultraschallsensoren: Gegenmodus, Diffusionsmodus und Reflexmodus.

Der umgekehrte Modus zeichnet sich durch zwei separate Geräte aus, einen Sender und einen Empfänger, die einander gegenüberliegend montiert sind. Wird der Ultraschallstrahl durch ein Objekt unterbrochen, wird der Ausgang aktiviert. Dieser Modus eignet sich für raue Umgebungen, in denen Störfestigkeit wichtig ist. Der Ultraschallstrahl durchläuft die Signalstrecke nur einmal.Diese Lösung ist teuer, da sie die Installation von zwei Geräten erfordert – einem Sender und einem Empfänger.

Diffusionsmodus durch Sender und Empfänger im selben Gehäuse. Die Kosten einer solchen Installation sind deutlich geringer, die Reaktionszeit ist jedoch länger als im umgekehrten Modus.

Dabei hängt die Erfassungsreichweite vom Einfallswinkel auf das Objekt und von den Eigenschaften der Objektoberfläche ab, da der Strahl an der Oberfläche des erfassten Objekts selbst reflektiert werden muss.

Beim Reflexmodus befinden sich Sender und Empfänger ebenfalls im selben Gehäuse, allerdings wird der Ultraschallstrahl nun vom Reflektor reflektiert. Die Erkennung von Objekten im Erfassungsbereich erfolgt sowohl durch die Messung der Wegänderung des Ultraschallstrahls als auch durch die Abschätzung der Absorption oder der Reflexionsverlust im reflektierten Signal. Schallabsorbierende Objekte sowie Objekte mit kantigen Oberflächen werden mit diesem Sensormodus problemlos erkannt. Eine wichtige Voraussetzung ist, dass sich die Position des Referenzreflektors nicht ändert.

Eine weitere Möglichkeit, Infraschall in der Industrie einzusetzen, ist Ultraschallschweißen.