EGE-Elektronik Spezial-Sensoren GmbH - Special-Sensors for Automation

Ultraschallsensoren - Technik und Anwendung

Grundlagen
Ultraschall-Sensoren senden und empfangen Ultraschallsignale in Frequenzbereich von 65 bis 300 kHz. Ultraschallsensoren können für die verschiedensten Aufgaben verwendet werden, wie zum Beispiel für:

Material-Erfassung
Durchhangregelung
Abstand
Niveau-Erfassung
Zählen von Teilen

Anwendungsbereiche

Berührungslose Messungen von:

Entfernung
Anwesenheit
Füllstand
Durchmesser
Lage

Unabhängig von:

Material
Farbe
Licht
Rauch
Staub

Zykluszeit
Zur Zeit 0 wird ein Puls gesendet, danach von einem Objekt reflektiert, vom Wandler empfangen und wieder zurück reflektiert. Der nächste Puls kann erst dann ausgesendet werden, wenn alle Energie des ersten Pulses absorbiert worden ist. Dies Zeit wird TCycle (Zykluszeit) genannt. (Abb. 1)

Sensoren mit
großem Detektionsbereich haben lange
Zykluszeiten und eine langsame Ansprechzeit.
kleinem Detektionsbereich haben kurze
Zykluszeiten und eine schnelle Ansprechzeit.

Ultraschall Zykluszeit

Öffnungswinkel
Die Ultraschallenergie wird in einem Kegel entlang der Achse des Sensors ausgesendet. Die höchste Intensität befindet sich auf der Achse, sie nimmt mit zunehmendem Winkel ab. Der Öffnungswinkel der Schallkeule ist definiert durch den Winkel, bei dem die Schallenergie um 33% ihres Maximums abgenommen hat.

Ein planes Objekt wird am besten detektiert, wenn seine Oberfläche senkrecht zur Wandlerachse ausgerichtet ist. Es darf maximal um den halben Öffnungswinkel (alpha /2) der Schallkeule gekippt sein, um noch erfaßt zu werden. (Abb. 2) Ist das Objekt stärker gekippt, werden die Schallwellen nicht mehr zurück zum Sensor reflektiert. Ein planes Objekt, was um 45° gegenüber der Wandlerachse gekippt ist, lenkt den Schallstrahl um 90° um.

Öffnungswinkel

Spannungsamplitude
Die Spannungsamplitude während des Sendens des Schallpulses liegt bei ca. 80 V Spitzenspannung.
Die Pulslänge des Schallimpulses ist abhängig von der Länge des Sendepulses und von der Abklingzeit des Wandlers.
Die Spannungsamplitude des empfangenen Echos liegt im V-Bereich. (Abb. 3)

Spannungsamplitude

Blindzone
Während des Sendens des Ultraschallpulses (0 bis tPulse) kann kein Echo empfangen werden. Diese Zeit bestimmt den Bereich, in dem keine Entfernungsmessung (Blindzone) möglich ist (0 bis XD). (vgl. Abb. 4)

Blind Zone

Zulassungen für Sicherheitsanwendungen
Sensoren, die dem Personenschutz dienen, müssen eine Bauartzulassung nach EN 954-1 aufweisen und entsprechend gekennzeichnet sein. Nicht gekennzeichnete Sensoren dürfen bei solchen Anwendungen nicht eingesetzt werden.

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