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超聲波傳感器原理,應用以及選型|凱基特

關鍵詞:接近開關 光電開關 發布時間:2020-06-17 09:18:47 點擊:

 

 

一、超聲波傳感器的基本原理
 
超聲波傳感器利用聲波特性,提供-種無接觸的、精確的檢測物體狀態和距離的檢測方案。通過發射頻率很高的機械聲波,傳感器收到遇到物體反射回來的聲波,經過計算發射和接收聲波之間的時間或能量,得到目標物的精確距離或狀態。
 
 
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超聲波傳感器不同于普通的接近開關和光電傳感器。
 
相比電感式或電容式接近開關,它的檢測距離更長,相比光電傳感器,它可以應用在更惡劣的環境中,不受目標物的顏色以及空氣中灰塵、水霧等影響。適合檢測不同狀態的物體,如液體、透明材質、反光材質和顆粒物等。
 
 
 
1.超聲波傳感器幾乎能檢測所有的液體,如純凈水、油等。
 
 
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2.超聲波傳感器檢測不同顏色的油墨、墨水等。

 

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3.無論是透明材質,
 
如玻璃瓶、玻璃板、透明 PP/PE/PET 膜等的檢測;還是反光材料,如金箔、銀箔等檢測。超聲波傳感器均能表現出色。

 

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4.幾乎所有不同顏色的纖維面料,都可以被超聲波傳感器輕松探測到。

 

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5.超聲波傳感器用來探測糧食等,自動控制料位;煤炭、木屑、水泥等粉末料位的自動控制也是非常適合的。
 
 
 
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二、超聲波傳感器的應用
 
 
超聲波傳感器在非接觸定位和距離測量的應用中表現出優異的性能。不受顏色和形狀的影響,不受被測目標材質的限制,在工控自動化場景中得到廣泛的應用。
 
下面列舉了一些行業中的典型應用。
 
 
 
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三、超聲波傳感器的檢測模式
 
 
1.接近開關模式
 
傳感器設置一個 A2 獨立開關點,不同的輸出在目標經過相應的開關點 A2 距離內被激活。
 
開關點可以在檢測范圍內任意設定。
 
這種工作模式適用于傳送帶上的計數或有無檢測等。
 
 
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2.窗口模式(區間模式)
 
窗口模式下,傳感器可以設置 A1 ,A2 兩個開關點。
每個輸出只有在 A1 ,A2 區間內才會被激活。
兩個開關點可以在檢測范圍內任意設定。
這種工作模式適用于檢測產品的不良率。
例如,檢測木箱內瓶子是否符合高度標準,
檢測出太高或者太矮的產品。
 
 
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3.反射板模式
 
反射板模式實際上是一種特殊窗口模式,
將固定的反射板放在設定的窗口中。
只要目標檢測物完全遮擋反射板傳感器就會發出信號。
工作方式和光電反射板類似,
超聲波傳感器不需要專門的反射板,任何反射物都可以。
不管目標物是吸收還是轉移聲波。
這種工作模式可以用來檢測泡沫或其他吸音材質。
 
 
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4.雙開關模式(遲滯模式)
 
傳感器在檢測范圍內設置 A1 ,A2 點。
當目標物到達 A1 或 A2 點時,輸出切換。
從 A1(A2)點運動到 A2(A1)點時,傳感器一直保持當前的開
關狀態。直到經過 A2(A1)點時 ,輸出切換到原來的狀態。
這種工作模式用于自動控制液位和料位。
 
 
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5.模擬量輸出模式
 
傳感器在有效檢測范圍內,可以任意設置 A1 和 A2 點。
A1 ,A2 點之間的距離值會按比例以電壓(0-10V)
或電流(4- 20mA)信號均勻分布輸出。
目標物體距離信息以模擬量信號線性的、實時的輸出。
根據設置 A1 ,A2 點的位置,切換上升模式和下降模式。
這種工作模式適用于各種 PLC ,變頻器等實時控制。
 
 
 
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6.數字量輸出模式(IO-LINK,RS232,RS485
 
傳感器信號可以在系統架構的層級進行實時通訊。
測量的距離值以串行數據位的形式,實時傳輸給控制器。
這種工作模式適用于各種開發的系統。
 
 
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7.超聲波單雙張檢測傳感器
 
超聲波單雙張檢測是對射的工作方式,
通過檢測透過不同張數的聲波能量,來判斷材料的張數。
用于檢測紙張、膠片、塑料片和金屬薄片等的單雙張。
 
 
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8 超聲波邊緣檢測傳感器
 
為邊緣檢測特別設計的傳感器,應用對射的工作原理。
材料邊緣放入對射槽內,至于發生器和接收器的中心位置。
傳感器判斷邊緣的偏移距離,對應接收到的能量來輸出一個模擬信號 0-10V 4 -20mA,
模擬信號的大小與材料邊緣的運動軌跡偏離成正比。
這種傳感器廣泛用于各種包裝印刷紙張運動糾偏。
 
 
 
 

四、凱基特超聲波傳感器選型
 
 
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五、超聲波傳感器的使用及安裝
 
安裝和操作說明
 
超聲波傳感器可以在惡劣的環境中使用,但是水滴和過量的灰塵堆積會影響超聲波的正常輸出。細小的灰塵和非堆積性的污漬不會影響正常的工作輸出。
 
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檢測表面光滑和平整度很高的目標物,傳感器需要與被檢測物正面以 90°±3°的角度安裝。防止安裝角度過大,傳感器接收不到反射的聲波。
 
目標物表面比較粗糙,傳感器的安裝角度可以大于 3°。由于聲波固有特性,在檢測-些吸音很強的材料時,如:棉花、海綿和特殊布料時,傳感器的檢測有效距離會有所縮短。具體安裝情況需要根據現場調試為準。
 
在選型時, 需要根據不同材料測試為準。
 
 
安裝間距
 
在分別使用同型號的兩個或者多個傳感器時,安裝時距離太近會發生傳感器的同頻干擾,造成不同傳感器的輸出異常。
 
為了避免發生這種情況,安裝時,同型號多只傳感器之間需要保留足夠的距離。
 
 
建議安裝距離如下:
 
 
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同步功能
 
如果安裝多個傳感器,安裝間距小于 會產生相互干擾的距離時,需要使用同步功能。
 

同步功能控制多個傳感器一直同時進行測量。具有同步功能的超聲波傳感器。同型號的傳感器安裝時,只需要將傳感器的同步線相互連接,就可以激活同步功能。
 
 
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氣溫對超聲波傳感器的影響
 
 
氣溫是對超聲波傳感器精度影響最大的因素。超聲波在不同氣溫的空氣中傳播速度不一樣。一般來說氣溫每變化1°C ,會對測量精度產生 0.17%的影響。
 
凱基特所有的超聲波傳感器都帶有溫度補償電路。重復精度誤差控制在 0.15%左右。氣壓氣流,濕度對超聲波傳感器的影響 3 千米海拔以下氣壓對超聲波傳感器影響很小。
 
超過 3 千米測試距離會縮短,請測試使用。
 
60km/h 以下風速對超聲波傳感器幾乎沒有影響。
 
建議在 60km/h 以下風速使用。
 
空氣濕度對超聲波傳感器的影響可以忽略。
 
 
 
 
聲波反射特性的應用
 
 
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聲波的波束在經過光滑反射面的反射、變向之后,衰減很小。
 
利用合適的配件或安裝角度的調整可以使聲波的傳播方向偏轉。這樣可以在一些狹小的環境中安裝使用。
 
 
 
 
六、超聲波傳感器不穩定的場景
 
超聲波傳感器的原理是通過檢測和處理聲波,來判斷目標物的狀態或距離。所以,聲波的傳輸速率會受空氣的狀態影響,從而對超聲波傳感器的輸出狀態產生影響。
 
超聲波傳感器對各種影響因素,在電路上做了盡可能多的補償,例如全系列的溫度漂移補償電路等。
 

為了保證超聲波傳感器穩定的、有效的工作。如下情況,建議測試前務必考慮。
 
● 目標物表面溫度高于 100°C。
● 檢測環境風速大于 60km/h 的場景。
● 使用環境在海拔超過 3 千米的地區。
● 密封環境下,氣壓超過 1.2 個標準大氣壓的場景。
● 工作環境低于零下 20℃ ,高于 70℃的場景。
● 非反射板模式,檢測吸音很強的材料,如毛氈、羊毛、棉花或者海綿泡沫等。
● 超聲波在真空中不能傳播。真空環境中使用時,超聲波傳感器失效。.
● 檢測其他未知物質及不確定的使用場景。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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