Датчики ультразвуковые. Ультразвуковые датчики: принцип работы, типы и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают ультразвуковые датчики. Какие бывают виды ультразвуковых датчиков. Где применяются ультразвуковые датчики в промышленности. Каковы преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков.

Содержание

Принцип работы ультразвуковых датчиков

Ультразвуковые датчики работают на принципе эхолокации. Они излучают короткие импульсы ультразвуковых волн и измеряют время, за которое отраженный сигнал возвращается к датчику. На основе этого времени рассчитывается расстояние до объекта.

Основные компоненты ультразвукового датчика:

Излучатель ультразвуковых волн
Приемник отраженного сигнала
Электронный блок для обработки сигналов

Частота ультразвуковых волн обычно составляет от 20 кГц до 400 кГц. Чем выше частота, тем точнее измерения, но меньше дальность действия датчика.

Типы ультразвуковых датчиков

По принципу работы выделяют следующие основные типы ультразвуковых датчиков:

1. Диффузионные датчики

Излучатель и приемник сигнала находятся в одном корпусе. Такие датчики компактны и удобны в монтаже. Используются для обнаружения объектов на расстоянии до 10 м.

2. Рефлекторные датчики

Состоят из отдельного излучателя и приемника. Позволяют точно измерять расстояние до объекта. Дальность действия до 20-30 м.

3. Датчики с раздельными приемником и излучателем

Обеспечивают максимальную точность измерений. Применяются для контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах.

Области применения ультразвуковых датчиков

Благодаря своим преимуществам ультразвуковые датчики широко используются в различных отраслях промышленности:

Автомобильная промышленность

Ультразвуковые датчики применяются в системах помощи при парковке и адаптивном круиз-контроле. Они определяют расстояние до препятствий и других автомобилей.

Пищевая промышленность

С помощью ультразвуковых датчиков контролируют уровень жидких и сыпучих продуктов в емкостях. Также их используют для обнаружения пустот в упаковках.

Химическая промышленность

Ультразвуковые датчики применяются для измерения уровня агрессивных жидкостей в резервуарах. Они устойчивы к воздействию химикатов.

Робототехника

Датчики используются в системах навигации роботов для обнаружения препятствий и определения расстояния до объектов.

Преимущества ультразвуковых датчиков

Основные достоинства ультразвуковых датчиков:

Бесконтактное измерение расстояния
Нечувствительность к цвету и прозрачности объекта
Возможность работы в запыленной и влажной среде
Широкий диапазон рабочих температур
Высокая точность измерений
Компактные размеры

Недостатки ультразвуковых датчиков

К основным недостаткам можно отнести:

Ограниченный диапазон измерений (обычно до 10-30 м)
Сложность обнаружения объектов с мягкой пористой поверхностью
Чувствительность к изменениям температуры и влажности воздуха

Возможность ложных срабатываний от сильных акустических помех

Как выбрать ультразвуковой датчик

При выборе ультразвукового датчика следует учитывать следующие параметры:

Диапазон измерения

Определяет минимальное и максимальное расстояние, на котором датчик способен обнаруживать объекты. Выбирается в зависимости от задачи.

Частота ультразвука

Влияет на точность и дальность измерений. Высокочастотные датчики более точны, но имеют меньший диапазон.

Размер активной зоны

Определяет минимальный размер обнаруживаемого объекта. Чем уже активная зона, тем выше разрешающая способность датчика.

Выходной сигнал

Может быть аналоговым (ток 4-20 мА или напряжение 0-10 В) или дискретным. Выбирается в зависимости от системы управления.

Подключение и настройка ультразвуковых датчиков

Процесс подключения и настройки ультразвукового датчика обычно включает следующие этапы:

Монтаж датчика в рабочей зоне
Подключение питания и сигнальных проводов
Настройка диапазона измерения
Калибровка нулевой точки
Выбор режима работы (дискретный/аналоговый)
Настройка чувствительности и времени отклика

Большинство современных датчиков имеют функцию самообучения, что упрощает их настройку.

Тенденции развития ультразвуковых датчиков

Основные направления совершенствования ультразвуковых датчиков:

Увеличение дальности и точности измерений
Миниатюризация и снижение энергопотребления
Интеграция с беспроводными технологиями
Разработка интеллектуальных датчиков с функциями самодиагностики
Применение новых материалов для повышения надежности

Ультразвуковые датчики продолжают совершенствоваться, находя все новые области применения в промышленности и бытовой технике.

Ультразвуковые датчики. Типы и работа. Применение

Ультразвуковые датчики обладают своими особенностями, определяющими их сферу применения. Они имеют малую дальность функционирования, направление сигнала, малую скорость распространения волн. Главным достоинством датчиков является низкая цена.

Ультразвуковые датчики работа которых основана на скорости ультразвука в различных средах.

Аналоговые

Работа такого датчика заключается в том, что время прохождения ультразвука в датчике создается в форме аналогового сигнала. Изготовители производят комбинированные датчики с двумя выходами: аналоговым и переключательным. В таких датчиках можно задавать границы измерения внутри интервала обнаружения.

Различные исполнения датчиков имеют аналоговый выход с возможностью сигнала выхода от 4 до 20 миллиампер, либо выход напряжения до 10 вольт. Существуют также датчики с автоматическим переключением вида выхода в зависимости от типа нагрузки.

Границы измерения в разных датчиках имеют возможность регулировки:

Заданием свойств по интерфейсу.
С помощью кодирующих переключателей.
Двумя потенциометрами.

Цифровые ультразвуковые датчики

Существуют датчики, которые обрабатывают сигнал в цифровой вид. В них предусмотрен цифровой дисплей с прилагаемым устройством обработки данных. Чаще всего применяется интерфейс RS – 232. Это позволяет создать информативный диалог между устройством управления и датчиком, что в свою очередь увеличивает гибкость использования датчика и дает возможность более полно применять его функциональные возможности.

Цифровой интерфейс позволяет вводить параметры, необходимые для обработки сигнала. Такими параметрами являются пределы интервала обнаружения, вид переключения выхода, режим зондирования, параметры и свойства среды. Одним датчиком можно обнаружить объект, и вычислить на каком расстоянии он находится. В датчиках имеются два вспомогательных переключателя выхода.

Интеллектуальные датчики

Кроме регулируемых датчиков с возможностью настройки, существуют самообучающиеся датчики. Они могут сохранить в памяти диаграмму сигнала отражения при включении или активации конфигурации. В конце этого процесса поступающие сигналы подлежат сравнению с сохраненными ранее сигналами. Датчик взаимодействует только с отличающимися от сохраненных сигналами. В результате в интервале обнаружения посторонние объекты никак не влияют.

Инновационные ультразвуковые датчики из-за широкого применения возможностей и научных достижений в области электроники характерны своими малыми размерами. Поэтому они требуют совсем незначительное количество места для монтажа. В малом объеме корпуса заключено много сложнейших функций: компенсация температуры, синхронизация, предварительная конфигурация и т.д.

Датчики способны обнаруживать объекты бесконтактным методом в интервале 30-500 мм.

Интеллектуальные ультразвуковые датчики используются в устройствах для определения уровня наполнения емкости, сохраняют в памяти сигнал отражения при пустой емкости. При этом сохраняются все отраженные сигналы от специальной оснастки, которая вмонтирована в емкость, например, спирали нагревания, мешалки, аварийные трапы. Если уровень наполнения емкости изменяется, то отраженные сигналы сравниваются с первоначальным значением.

«Обнаруженными» являются объекты, которые не присутствовали на предварительной конфигурации. Помехи в виде случайных сигналов в результате проверки на достоверность исключаются.

Сфера использования

Работа эхолота

Действие ультразвукового датчика можно рассмотреть на работе прибора, определяющего глубину моря, то есть, эхолота. На пьезоэлемент 2 подается переменное напряжение, возникают колебания ультразвука, которые имеют направление вертикально вниз.

Импульс ультразвука отражается и поступает на пьезоэлемент 2. Электронный прибор 3 определяет время t между отправленным и принимаемым импульсами. Можно рассчитать глубину моря по формуле, из которой видно, что глубина h прямо зависит от скорости звука v и времени t: h = v * t / 2.

Шкала прибора отградуирована в метрах. Подобным образом работает ультразвуковой локатор, который определяет дальность до препятствия по ходу корабля в прямом направлении. Существуют животные, у которых есть органы чувств, работающие на ультразвуковом принципе, например, дельфины, летучие мыши.

Уровнемеры и дефектоскопы

В ультразвуковых дефектоскопах и уровнемерах применяется свойство отражения ультразвука от границы сред. Отношение между энергиями излучающих и отраженных колебаний является коэффициентом отражения. Он имеет значительную величину в средах с разными скоростями звука и плотностью. На границе сталь-вода коэффициент отражения равен 88, а на границе трансформаторное масло-вода – 0,6. Однако даже при незначительных коэффициентах отражения величина отраженного сигнала достаточна для определения положения границы сред.

Единицей измерения удаленности до границы сред является время распространения колебаний до нее и обратно до приемника. С помощью способности ультразвука проходить через любые среды можно производить измерения бесконтактным методом, не касаясь среды.

Ультразвуковые уровнемеры работаю чаще всего по принципу передачи импульсов в среду. Пьезоэлемент работает поочередно излучателем и приемником.

Импульсы высокой частоты подаются от генератора 2 по проводнику к датчику, излучающему колебания ультразвука в контролируемую среду. Они отражаются от раздела сред и приходят обратно к пьезоэлектрическому элементу, преобразующему колебания в сигнал электрического тока.

Сигнал проходит через усилитель 3 и поступает на устройство измерения 4, которое определяет время между отправлением импульса генератором 2 и возвращением его в усилитель. В итоге многоразового отражения импульса могут возвратиться несколько сигналов, которые уменьшаются в амплитуде и опаздывающие на равное время.

Частота импульсов не должна быть очень большой, так как отраженные сигналы должны успеть возвратиться до отправления следующего импульса. Такие уровнемеры работают с точностью 1% при уровне измерения около 10 метров при повышенной температуре, давлении, в агрессивной среде. В воздушном пространстве колебания ультразвука затухают намного быстрее, чем в жидкостях и твердых телах. Поэтому в устройстве расходомера излучатель целесообразно установить под емкостью с жидкостью, а не над ней.

Ультразвуковые расходомеры

Принцип действия ультразвукового расходомера заключается в эффекте суммирования скорости ультразвука в среде со скоростью перемещения среды. Пьезоэлементы 1 и 2 находятся возле трубопровода и приводятся в действие от генератора 3. Каждый пьезоэлемент поочередно действует приемником и излучателем с помощью переключателя 4.

В результате колебания ультразвука проходят в одну сторону попутно потоку среды, а другую сторону навстречу потоку. По потоку скорости колебаний складываются со скоростью потока, а в обратном направлении вычитаются.

Сигналы, прошедшие по среде, усиливаются с помощью усилителя 5 и проходят на устройство измерения 6. Разность фаз колебаний прямо зависит от скорости среды. Шкала прибора градуируется для каждой отдельной среды. Если прибор применяется для другой среды, то градуировка должна меняться.

Датчики парковки

Чаще всего датчики применяются в автомобилях в системах парковки. Датчики с повышенной дальностью работы широко применяются в системах управления транспортом в автоматическом режиме. Принцип их действия аналогичен принципу рассмотренных выше датчиков. Парктроники могут устанавливаться на различные модели автомобилей.

Действие парктроника основано на ультразвуковом принципе излучения. Это позволяет определить приближение автомобиля к другим предметам, ограждению и т. д. В этой системе ультразвуковые датчики являются генераторами ультразвука, и в то же время приемниками отраженных импульсов. В центральном контроллере сигнал обрабатывается и вычисляет расстояние до объекта. Парковочные датчики работают в ограниченной зоне, поэтому они применяются группами.

Датчики парковки отличаются моделями по типу монтажа. Существуют накладные и врезные модели. Врезные датчики устанавливаются в бампер. Предварительно в нем сверлятся специальные отверстия для монтажа.

Накладные датчики крепятся на клеевую основу. Их преимущество в том, что нет необходимости механического воздействия на бампер. Также существуют проводные модели датчиков и беспроводные устройства. Беспроводные датчики легче монтировать, однако многие автолюбители отказываются от них из-за повышенного влияния различных помех на работу датчиков.

Ультразвуковые датчики | UM12 | SICK

Главная
Портфолио продуктов
Датчики расстояния
Ультразвуковые датчики
UM12

Главная
Портфолио продуктов
Датчики расстояния
Ультразвуковые датчики
UM12

обзор семейств продукции Русский Cesky Dansk Deutsch English Español Suomi Français Italiano 日本語 – Японский 한국어 – Корейский Nederlands Polski Portugues Svenska Türkçe Traditional Chinese Китайский

Небольшой датчик, огромная польза

Преимущества

Простая интеграция в оборудование благодаря компактным размерам корпуса
Проверенная временем конструкция корпуса M12 совместима с другими технологиями

Прочный неразъёмный металлический корпус гарантирует максимальную эксплуатационную готовность оборудования
Функция обучения по кабелю и через IO-Link защищает от непреднамеренного нарушения настроек, сокращая тем самым риск незапланированных простоев
Интегрированная температурная компенсация обеспечивает высокую точность измерения и оптимальное качество технологического процесса
Надёжное измерение в условиях помех в виде грязи, пыли, влаги или тумана благодаря невосприимчивости ультразвуковой технологии

Обзор

Небольшой датчик, огромная польза

Датчики семейства UM12 впечатляют своей компактностью и надёжностью металлического корпуса. Разные выходные сигналы, включая интерфейс IO-Link, обеспечивают максимальную гибкость при ограниченном пространстве для установки. Независимость от цвета объектов, высокая невосприимчивость к загрязнениям и эффективное подавление заднего фона обеспечивают стабильное качество результатов измерения в любых условиях. Ультразвуковой датчик UM12 от SICK — это оптимальная технология для любой области применения в проверенном временем корпусе M12.

Краткий обзор

Очень короткий и прочный металлический корпус M12
Разнообразные интерфейсы и IO-Link
Оптимальное подавление заднего фона
Встроенная температурная компенсация
Обнаружение, измерение и позиционирование с помощью ультразвука
Независимо от цвета материала, прозрачности, блеска и внешнего освещения

Преимущества

Практически неограниченное использование — независимо от цвета, блеска и прозрачности

Ультразвуковые датчики SICK измеряют и обнаруживают цветные, блестящие или прозрачные поверхности, что считается особенно сложным для оптических датчиков, в самых разных сферах применения.

Даже неблагоприятные условия окружающей среды, такие как пыль, грязь или туман, практически не влияют на результат измерения. Более того, широкая зона обнаружения позволяет контролировать большое поле с помощью всего лишь одного датчика — и это при диапазоне измерения от 13 мм до 8 м. Неважно где: ультразвуковые датчики SICK можно найти в любой отрасли. Обширный ассортимент предлагает вам широкий спектр решений для вашего случая применения. Убедитесь сами.

Узнайте больше о принципе функционирования ультразвуковых датчиков.

Измерение времени прохождения (звука)

Датчик излучает звуковой импульс, который отражается обнаруживаемым объектом. Время, которое необходимо импульсу для прохождения от датчика до объекта и в обратном направлении, измеряется, оценивается и преобразуется в расстояние следующим образом.

Расстояние = скорость звука x общее время прохождения звука (t2) / 2

Диапазоны срабатывания ультразвуковых датчиков В целом, к ультразвуковым датчикам применимо следующее: чем меньше звука поглощает измеряемый объект, тем больше возможный диапазон срабатывания.

Рабочий диапазон срабатывания указывает расстояние, на котором возможно измерение обычных объектов с достаточным функциональным резервом. В идеальных условиях датчик может использоваться даже в предельном диапазоне. Коммутационные поля используются для идеальной оценки возможностей приложения. Тёмно-синяя область, отображаемая в этих коммутационных полях, показывает пример рабочего диапазона датчика при обнаружении круглого стержня. Светло-синяя область демонстрирует максимальную зону обнаружения (предельный диапазон срабатывания), которая должна быть достигнута в идеальных условиях с легко распознаваемыми объектами, здесь в качестве примера — выровненная пластина. Во избежание непреднамеренного обнаружения объектов в ближайшем окружении эта зона между датчиком и объектом измерения должна быть свободной. Обнаруживаемость и зона обнаружения объекта зависят от его отражающих свойств, размера и ориентации. В зависимости от применения датчик может распознавать в том числе и очень мелкие объекты, например, металлическую проволоку.

Подробное рассмотрение областей применения

Ультразвуковые датчики — настоящие универсалы. Ультразвуковые датчики от SICK подтверждают свою надёжность и точность практически во всех областях применения: будь то определение положения, измерение расстояния или обнаружение твёрдых, порошкообразных и жидких сред. Неважно, в какой сфере, неважно, в каком случае применения.

Ультразвуковые датчики SICK демонстрируют свои преимущества при бесконтактном обнаружении объектов во всех возможных областях применения. Эти универсалы надёжно и точно выполняют все требования для автоматизации ваших процессов.

SICK LifeTime Service

Услуги от SICK повышают производительность машин и оборудования, повышают общую безопасность людей, создают основу для непрерывной хозяйственной деятельности и обеспечивают защиту средств производства. В дополнение к непосредственным консультационным услугам SICK также поддержит вас во время проектирования концепции и ввода в эксплуатацию, а также во время работы прямо на месте.

Спектр услуг варьируется от технического обслуживания и осмотра, проверки рабочих характеристик до обновления и модернизации. Модульные или индивидуально разработанные договоры на сервисное обслуживание увеличивают срок службы и, следовательно, эксплуатационную готовность оборудования. Благодаря датчикам и системам неисправности или превышения предельных значений можно обнаружить в любое время.

Консультации и проектирование Консультации с учётом ориентации на область применения продукта, его интеграции и вариантам использования.Запуск в эксплуатацию и техническое обслуживание Оптимизированные для конкретного случая применения и устойчивые ─ благодаря квалифицированному вводу в эксплуатацию и техническому обслуживанию прошедшими специальную подготовку сервисными техниками SICK.Договоры о технической поддержке Расширенная гарантия, дистанционное обслуживание SICK Remote Service, круглосуточная служба технической поддержки, техническое обслуживание, гарантии эксплуатационной готовности и другие модульные компоненты по желанию можно объединить индивидуально.

Применение

Технические данные

Обзор технических данных

Диапазон измерения
Дистанция работы	20 mm … 240 mm
Предельная дальность сканирования	250 mm / 350 mm

Разрешение

≥ 0,069 mm

Точность воспроизведения

± 0,15 %

Оценка

24 ms … 30 ms

24 ms … 30 ms ¹⁾

Время вывода

8 ms … 10 ms

Частота переключения

30 Hz / 25 Hz

Аналоговый выход

4 mA … 20 mA, ≤ 500 Ω ²⁾
0 V … 10 V, ≥ 100.000 Ω

Цифровой выход
Вид	Двухтактный режим: PNP/NPN / PNP / NPN

IO-Link

✔ , IO-Link V1.

Тип защиты

IP65 / IP67

Выходной коннектор передатчика

Прямой

Диапазон рабочих температур

–25 °C … +70 °C

¹⁾ Схема последующего сглаживания аналогового сигнала может в зависимости от ситуации увеличить время отклика до 200 %.
²⁾ При 4 мА … 20 мА и U_В ≤ 20 В макс. нагрузка ≤ 100 Ω.

Подробные технические характеристики вы можете найти на странице соответствующего устройства

Загрузки

Пожалуйста, подождите…

Ваш запрос обрабатывается, это может занять несколько секунд.

Ультразвуковые датчики | СП Технология

Работаем с 2007г.

Ультразвуковой датчик Omron E4PA-LS200-M1-N

Датчик ультразвуковой, 120-2000мм дистанция срабатывания, аналоговый выход (напряжение и ток), Omron серия E4PA-N

84904 ₽

Ультразвуковой датчик Omron E4PA-LS400-M1-N

Датчик ультразвуковой, 24-4000mm дистанция срабатывания, аналоговый выход (напряжение и ток), Omron серия E4PA-N

87602 ₽

Ультразвуковой датчик Omron E4PA-LS50-M1-N

Датчик ультразвуковой, 50-500мм дистанция срабатывания, аналоговый выход (напряжение и ток), Omron серия E4PA-N

80760 ₽

код: E4A-3K 120/240V

Ультразвуковой датчик Omron E4A-3K 120/240V

Ультразвуковой датчик Omron E4A-3K 120/240V серии E4A

код: E4B-RS70E4

Ультразвуковой датчик Omron E4B-RS70E4

Ультразвуковой датчик Omron серии E4B

код: E4B-LS70E4

Ультразвуковой датчик Omron E4B-LS70E4

Ультразвуковой датчик Omron серии E4B

код: E4B-LS20E4

Ультразвуковой датчик Omron E4B-LS20E4

Ультразвуковой датчик Omron серии E4B

код: E4B-T1E4

Ультразвуковой датчик Omron E4B-T1E4

Ультразвуковой датчик Omron серии E4B

код: E4B-TS50E4

Ультразвуковой датчик Omron E4B-TS50E4

Ультразвуковой датчик Omron серии E4B

код: E4C-Wh5L

Ультразвуковой датчик Omron E4C-Wh5L

Ультразвуковой датчик Omron серии E4C

код: E4C-Wh5T

Ультразвуковой датчик Omron E4C-Wh5T

Ультразвуковой датчик Omron серии E4C

код: E4C-LS35

Ультразвуковой датчик Omron E4C-LS35

Ультразвуковой датчик Omron серии E4C

код: E4C-TS50

Ультразвуковой датчик Omron E4C-TS50

Ультразвуковой датчик Omron серии E4C

код: E4C-UDA41AN

Усилитель для ультразвукового датчика Omron E4C-UDA41AN

Усилитель для ультразвукового датчика Omron серии E4C-UDA

код: E4C-UDA41

Усилитель для ультразвукового датчика Omron E4C-UDA41

Усилитель для ультразвукового датчика Omron серии E4C-UDA

код: E4C-UDA11AN

Усилитель для ультразвукового датчика Omron E4C-UDA11AN

Усилитель для ультразвукового датчика Omron серии E4C-UDA

код: E4C-UDA11

Усилитель для ультразвукового датчика Omron E4C-UDA11

Усилитель для ультразвукового датчика Omron серии E4C-UDA

код: E4C-DS10

Ультразвуковой датчик Omron E4C-DS10