Ultrazvukové senzory

Ultrazvuk, človek nevníma zvuk s frekvenciou nad 16 kHz, avšak rýchlosť jeho šírenia vzduchom je známa a je 344 m/s. S údajmi o rýchlosti zvuku a dobe jeho šírenia je možné vypočítať presnú vzdialenosť, ktorú ultrazvuková vlna prekonala. Tento princíp je základom fungovania ultrazvukových snímačov.

Ultrazvukové snímače majú široké využitie v rôznych výrobných oblastiach a sú istým spôsobom univerzálnym nástrojom na riešenie mnohých problémov v automatizácii technologických procesov. Takéto senzory sa používajú na určenie vzdialenosti a polohy rôznych objektov.

Zisťovanie hladiny kvapaliny (napríklad spotreba paliva pri preprave), detekcia štítkov vrátane priehľadných, sledovanie pohybu objektu, meranie vzdialenosti — to sú len niektoré z možných aplikácií ultrazvukových senzorov.

Vo výrobe je spravidla veľa zdrojov kontaminácie, ktoré sa môžu stať problémom pre mnohé mechanizmy, ale ultrazvukový snímač sa kvôli zvláštnostiam svojej činnosti absolútne nebojí kontaminácie, pretože puzdro snímača, ak je to potrebné, možno spoľahlivo chrániť pred možnými mechanickými vplyvmi.

Ultrazvukový snímač obsahuje vo svojej konštrukcii piezoelektrický menič, ktorý je zároveň vysielačom aj prijímačom. Piezoelektrický menič vysiela sériu zvukových impulzov, potom prijíma ozvenu a prevádza signál na napätie, ktoré sa privádza do ovládača. Prečítajte si viac o využití v technológii tu. piezoelektrický efekt.

Ultrazvuková frekvencia sa pohybuje od 65 kHz do 400 kHz v závislosti od typu prevodníka a frekvencia opakovania impulzov je medzi 14 Hz a 140 Hz. Riadiaca jednotka spracuje údaje a vypočíta vzdialenosť k objektu.

Aktívny rozsah ultrazvukového snímača je pracovný rozsah detekcie. Detekčný rozsah Toto je vzdialenosť, v ktorej môže ultrazvukový prevodník detekovať objekt bez ohľadu na to, či sa objekt približuje k snímaciemu prvku v axiálnom smere alebo sa pohybuje cez zvukový kužeľ.

Existujú tri hlavné režimy činnosti ultrazvukových senzorov: opačný režim, difúzny režim a reflexný režim.

Pre opačný režim charakterizujú dve samostatné zariadenia, vysielač a prijímač, ktoré sú namontované oproti sebe. Ak je ultrazvukový lúč prerušený predmetom, výstup sa aktivuje. Tento režim je vhodný pre drsné prostredia, kde je dôležitá odolnosť voči rušeniu. Ultrazvukový lúč prekoná vzdialenosť signálu iba raz.Toto riešenie je drahé, pretože vyžaduje inštaláciu dvoch zariadení — vysielača a prijímača.

Difúzny režim poskytovaný vysielačom a prijímačom v rovnakom kryte. Náklady na takúto inštaláciu sú oveľa nižšie, ale doba odozvy je dlhšia ako v opačnom režime.

Detekčný rozsah tu závisí od uhla dopadu na objekt a od vlastností povrchu objektu, keďže lúč sa musí odrážať od povrchu samotného detekovaného objektu.

Pre reflexný režim sú vysielač a prijímač tiež v rovnakom kryte, ale ultrazvukový lúč je teraz odrážaný reflektorom. Predmety v dosahu detekcie sú detegované tak meraním zmien vo vzdialenosti, ktorú prejde ultrazvukový lúč, ako aj odhadom absorpcie alebo strata odrazu v odrazenom signáli. Objekty pohlcujúce zvuk, ako aj objekty s hranatými povrchmi, sú s týmto režimom snímača ľahko detekované. Dôležitou podmienkou je, aby sa nezmenila poloha referenčného reflektora.

Ďalšou možnosťou využitia infrazvuku v priemysle je ultrazvukové zváranie.