1. 超聲波傳感器的功能和技術

超聲波傳感器的功能與技術

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• 傳感器原理
• 超聲波接近傳感器
• 反射板式超聲波傳感器
• 對射式超聲波傳感器
• 超聲波測距傳感器

超聲波傳感器可謂是傳感器的“全能選手”，可勝任幾乎任何工業應用中的檢測任務。被測物體的形態可以是固體、液體、顆?；蚍勰Ｋ鼈兡芸煽繖z測透明、高光以及色彩不斷變化的物體。超聲波傳感器具有出色的耐污性，因此其過程可靠性不會受到粉塵、煙霧或其他類似物質的影響，即便在苛刻的工作環境中它們也表現得尤為高效。

傳感器原理

大多數超聲波傳感器的測量原理是測量聲波從發射到接收（接近開關）之間的傳播時間。所謂超聲波隔柵原理，即測定傳感器與反射板（反射板式傳感器）或傳感器與測量范圍內的物體（對射式傳感器）之間的距離。

接近開關

超聲波接近開關是.簡單的超聲波物體檢測原理：發射器和接收器位于同一個外殼內，超聲波經被測物體反射后直接進入接收器。帶自學習功能的超聲波傳感器不同于傳統產品，用戶只需按下自學習按鈕就可以很方便地完成設定，工作模式也更加多樣化。

典型應用：
 

• 距離測量
• 堆垛高度測量

反射板式傳感器

反射板式傳感器的工作原理與超聲波接近開關相同：通過測量聲音的傳播時間，可測定傳感器與反射板（反射板式傳感器）或傳感器與測量范圍內的物體（對射式傳感器）之間的距離。任何靜止的聲反射物體都可以作為反射板使用。

典型應用：

• 形狀不規則的物體和傾斜物體
• 聲折射目標物體
• 棉絮、泡沫橡膠等吸音材料

對射式傳感器

對射式超聲波傳感器響應時間短、感應范圍廣。發射器和接收器分別安裝在兩個獨立外殼內。發射器不停發射聲波，通過空氣傳播至接收器。當物體中斷聲波時，接收器觸發開關動作，輸出級狀態改變。

典型應用：

• 檢測連續快速通過的物體
• 對由難檢測材料制成的物體（玻璃容器、PET瓶等）進行計數
• 監控透明材料
• 薄膜裂口監控
• 儲罐和料倉內的物位監控

超聲波接近傳感器

設計和工作原理

超聲波接近傳感器采用了一種特殊的聲波換能器，實現了聲波的交替發射和接收。換能器發射出的超聲波被物體反射，然后由換能器再次接收。聲波發射后，超聲波傳感器會切換到接收模式。發射和接收之間所經過的時間與物體到傳感器之間的距離成正比。

數字量輸出

感應必須在檢測區域內才能發生，可以利用傳感器的電位計或電子自學習功能（自學習按鈕或外部自學習）調節所需要的感應范圍。如果在設定的區域內檢測到物體，輸出狀態將發生變化，并通過內置LED顯示。

目標物檢測

聲波在硬表面上的反射效果.佳。目標物可以是固體、液體、顆粒或粉末。一般來說，超聲波傳感器主要用于那些光學檢測原理欠缺可靠性的物體檢測領域。

標準目標物

標準目標物定義為下述尺寸的正方形扁平物體：

• 15 x 15 mm（Sde長250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde長1000 mm）
• 100 x 100毫米（Sde> 1000毫米）

目標物在垂直于傳感器軸的方向安裝。

尺寸

為確保可靠的物體檢測，反射信號必須足夠大。信號強度取決于物體的大小。使用標準物體，感應范圍Sd可以達到大

表面

在檢測吸音材料時，大感應距離會縮短。當物體的大粗糙度不超過0.2mm時，感應范圍可以達到大。

典型的吸音材料包括：

• 泡沫橡膠
• 棉/毛/布/氈
• 多孔材料

聲錐縱面

本產品目錄的技術參數表中所示聲錐縱面表示超聲波傳感器的有效感應區域。圖形所示是短距離旁波瓣，拓寬了傳感器的近距離擴散角。由于吸音和空氣擴散原因，旁波瓣在長距離處減小。大小、形狀、表面特性和目標物檢測方向對于超聲波傳感器的側面檢測區域具有非常大的影響。整個產品系列采用相同的聲錐縱面，例如感應范圍相同的所有相關傳感器均采用典型的100-1000 mm縱面圖，包括數字量和模擬量輸出。

測量方法

使用標準鋼制正方形目標物來測定典型聲錐縱面的形狀。

• 15 x 15 mm（Sde長250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde長1000 mm）
• 100 x 100毫米（Sde> 1000毫米）

目標物與傳感器的參考軸垂直，在不同距離處，均從側面接近。然后，用一根線連接測量點畫出聲錐縱面。在檢測圓形或其他形狀的物體時，聲錐形狀可能會發生變化。

反射板式超聲波傳感器

設計和工作原理

反射板式傳感器的工作原理類似于超聲波接近傳感器。在感應范圍內，從傳感器到反射板或物體之間的距離通過測量傳播時間來確定。任何靜止的聲反射物體都可以作為反射板使用?？梢允褂脗鞲衅鞯碾娢挥?，根據設置情況調節感應距離Sd（傳感器與反射板之間的距離）。只要超聲波信號的傳播時間測量值與傳感器和反射板之間的距離相匹配時，設備處于非動作狀態。當物體進入感應范圍內時，傳播時間會發生變化，傳感器切換到動作狀態。這樣，也可以對吸音和聲折射物體進行檢測。

目標物檢測

標準物體/反射板

標準目標物定義為邊長為30mm的正方形扁平物體（Sde > 1000 mm：邊長100 mm；Sde ≥ 2500mm：邊長300mm），目標物與傳感器的參考軸垂直。反射板必須用具有良好聲反射特性的材料制造，并且大小至少與目標物相同。

近距離處的物體

為實現可靠的檢測，必須*覆蓋整個聲錐，這樣就不會有回波從反射板返回。為此，對于URDK 30，物體直徑至少為30mm，對于URAM 50，至少為100mm。

其余工作范圍內的物體

為確?？煽康奈矬w檢測，反射信號必須具有足夠的強度，強度大小取決于物體尺寸。對于標準尺寸或更大的物體，感應范圍Sd可以達到大。

優點

• 即使是吸音材料，也能夠輕松地檢測
• 可靠檢測聲折射物體
• 當物體尺寸大于標準物體時，傳感器前方無盲區

對射式超聲波傳感器

設計和工作原理

發射器和接收器分別安裝在兩個獨立外殼內。發射器發出的連續信號由接收器接收。物體阻斷聲束，使接收器做出反應，并發出輸出信號。用戶可以根據需要調節輸入信號的放大倍數。當物體阻斷聲束時，接收器做出反應，并發出輸出信號。

借助于內置電位計，用戶可以根據需要調節輸入信號的放大倍數。 

LED指示輸出級的狀態和信號強度。

聲束角α

聲束角（α）確定了對射式超聲波傳感器所發射的錐形聲束的邊界。

重復精度

由于聲束角較小，在理想情況下，兩個連續目標物的開關點的重復精度小于3 mm。

遲滯

遲滯是指動作點（S1）和釋放點（S2）之間的差異。如果物體阻斷聲束，信號值必須增加到約75 %，以復位輸出信號。這樣，可以輕松地檢測連續行進的物體。

超聲波測距傳感器

設計和工作原理

傳感器提供一個與距離成比例的模擬電流或模擬電壓輸出，從而實現操作簡單的非接觸式距離測量。采用脈沖回波技術，測得的距離值以電壓值的方式輸出。輸出電流或輸出電壓同傳感器與被測物體之間的距離成正比。 

如使用測距傳感器，輸出電流或輸出電壓同傳感器與被測物體之間的距離成正比。輸出曲線的斜率可以通過電位計、自學習或qTeach功能進行更改，并根據相應的應用進行.佳調整，具體取決于傳感器。對于電纜較長，可能發生EMI或RFI干擾的應用，應該使用模擬電流輸出傳感器。