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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 或 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。
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。
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:
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。
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
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。
超聲波傳感器原理，應用以及選型|凱基特
