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超声波传感器原理,应用以及选型|凯基特

关键词:接近开关 光电开关 发布时间:2020-06-17 09:18:47 点击:

 

 

一、超声波传感器的基本原理
 
超声波传感器利用声波特性,提供-种无接触的、精确的检测物体状态和距离的检测方案。通过发射频率很高的机械声波,传感器收到遇到物体反射回来的声波,经过计算发射和接收声波之间的时间或能量,得到目标物的精确距离或状态。
 
 
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超声波传感器不同于普通的接近开关和光电传感器。
 
相比电感式或电容式接近开关,它的检测距离更长,相比光电传感器,它可以应用在更恶劣的环境中,不受目标物的颜色以及空气中灰尘、水雾等影响。适合检测不同状态的物体,如液体、透明材质、反光材质和颗粒物等。
 
 
 
1.超声波传感器几乎能检测所有的液体,如纯净水、油等。
 
 
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2.超声波传感器检测不同颜色的油墨、墨水等。

 

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3.无论是透明材质,
 
如玻璃瓶、玻璃板、透明 PP/PE/PET 膜等的检测;还是反光材料,如金箔、银箔等检测。超声波传感器均能表现出色。

 

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4.几乎所有不同颜色的纤维面料,都可以被超声波传感器轻松探测到。

 

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5.超声波传感器用来探测粮食等,自动控制料位;煤炭、木屑、水泥等粉末料位的自动控制也是非常适合的。
 
 
 
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二、超声波传感器的应用
 
 
超声波传感器在非接触定位和距离测量的应用中表现出优异的性能。不受颜色和形状的影响,不受被测目标材质的限制,在工控自动化场景中得到广泛的应用。
 
下面列举了一些行业中的典型应用。
 
 
 
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三、超声波传感器的检测模式
 
 
1.接近开关模式
 
传感器设置一个 A2 独立开关点,不同的输出在目标经过相应的开关点 A2 距离内被激活。
 
开关点可以在检测范围内任意设定。
 
这种工作模式适用于传送带上的计数或有无检测等。
 
 
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2.窗口模式(区间模式)
 
窗口模式下,传感器可以设置 A1 ,A2 两个开关点。
每个输出只有在 A1 ,A2 区间内才会被激活。
两个开关点可以在检测范围内任意设定。
这种工作模式适用于检测产品的不良率。
例如,检测木箱内瓶子是否符合高度标准,
检测出太高或者太矮的产品。
 
 
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3.反射板模式
 
反射板模式实际上是一种特殊窗口模式,
将固定的反射板放在设定的窗口中。
只要目标检测物完全遮挡反射板传感器就会发出信号。
工作方式和光电反射板类似,
超声波传感器不需要专门的反射板,任何反射物都可以。
不管目标物是吸取还是转移声波。
这种工作模式可以用来检测泡沫或其他吸音材质。
 
 
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4.双开关模式(迟滞模式)
 
传感器在检测范围内设置 A1 ,A2 点。
当目标物到达 A1 或 A2 点时,输出切换。
从 A1(A2)点运动到 A2(A1)点时,传感器一直保持当前的开
关状态。直到经过 A2(A1)点时 ,输出切换到原来的状态。
这种工作模式用于自动控制液位和料位。
 
 
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5.模拟量输出模式
 
传感器在有效检测范围内,可以任意设置 A1 和 A2 点。
A1 ,A2 点之间的距离值会按比例以电压(0-10V)
或电流(4- 20mA)信号均匀分布输出。
目标物体距离信息以模拟量信号线性的、实时的输出。
根据设置 A1 ,A2 点的位置,切换上升模式和下降模式。
这种工作模式适用于各种 PLC ,变频器等实时控制。
 
 
 
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6.数字量输出模式(IO-LINK,RS232,RS485
 
传感器信号可以在系统架构的层级进行实时通讯。
测量的距离值以串行数据位的形式,实时传输给控制器。
这种工作模式适用于各种开发的系统。
 
 
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7.超声波单双张检测传感器
 
超声波单双张检测是对射的工作方式,
通过检测透过不同张数的声波能量,来判断材料的张数。
用于检测纸张、胶片、塑料片和金属薄片等的单双张。
 
 
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8 超声波边缘检测传感器
 
为边缘检测特别设计的传感器,应用对射的工作原理。
材料边缘放入对射槽内,至于发生器和接收器的中心位置。
传感器判断边缘的偏移距离,对应接收到的能量来输出一个模拟信号 0-10V 4 -20mA,
模拟信号的大小与材料边缘的运动轨迹偏离成正比。
这种传感器广泛用于各种包装印刷纸张运动纠偏。
 
 
 
 

四、凯基特超声波传感器选型
 
 
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五、超声波传感器的使用及安装
 
安装和操作说明
 
超声波传感器可以在恶劣的环境中使用,但是水滴和过量的灰尘堆积会影响超声波的正常输出。细小的灰尘和非堆积性的污渍不会影响正常的工作输出。
 
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检测表面光滑和平整度很高的目标物,传感器需要与被检测物正面以 90°±3°的角度安装。防止安装角度过大,传感器接收不到反射的声波。
 
目标物表面比较粗糙,传感器的安装角度可以大于 3°。由于声波固有特性,在检测-些吸音很强的材料时,如:棉花、海绵和特殊布料时,传感器的检测有效距离会有所缩短。具体安装情况需要根据现场调试为准。
 
在选型时, 需要根据不同材料测试为准。
 
 
安装间距
 
在分别使用同型号的两个或者多个传感器时,安装时距离太近会发生传感器的同频干扰,造成不同传感器的输出异常。
 
为了避免发生这种情况,安装时,同型号多只传感器之间需要保留足够的距离。
 
 
建议安装距离如下:
 
 
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同步功能
 
如果安装多个传感器,安装间距小于 会产生相互干扰的距离时,需要使用同步功能。
 

同步功能控制多个传感器一直同时进行测量。具有同步功能的超声波传感器。同型号的传感器安装时,只需要将传感器的同步线相互连接,就可以激活同步功能。
 
 
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气温对超声波传感器的影响
 
 
气温是对超声波传感器精度影响最大的因素。超声波在不同气温的空气中传播速度不一样。一般来说气温每变化1°C ,会对测量精度产生 0.17%的影响。
 
凯基特所有的超声波传感器都带有温度补偿电路。重复精度误差控制在 0.15%左右。气压气流,湿度对超声波传感器的影响 3 千米海拔以下气压对超声波传感器影响很小。
 
超过 3 千米测试距离会缩短,请测试使用。
 
60km/h 以下风速对超声波传感器几乎没有影响。
 
建议在 60km/h 以下风速使用。
 
空气湿度对超声波传感器的影响可以忽略。
 
 
 
 
声波反射特性的应用
 
 
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声波的波束在经过光滑反射面的反射、变向之后,衰减很小。
 
利用合适的配件或安装角度的调整可以使声波的传播方向偏转。这样可以在一些狭小的环境中安装使用。
 
 
 
 
六、超声波传感器不稳定的场景
 
超声波传感器的原理是通过检测和处理声波,来判断目标物的状态或距离。所以,声波的传输速率会受空气的状态影响,从而对超声波传感器的输出状态产生影响。
 
超声波传感器对各种影响因素,在电路上做了尽可能多的补偿,例如全系列的温度漂移补偿电路等。
 

为了保证超声波传感器稳定的、有效的工作。如下情况,建议测试前务必考虑。
 
● 目标物表面温度高于 100°C。
● 检测环境风速大于 60km/h 的场景。
● 使用环境在海拔超过 3 千米的地区。
● 密封环境下,气压超过 1.2 个标准大气压的场景。
● 工作环境低于零下 20℃ ,高于 70℃的场景。
● 非反射板模式,检测吸音很强的材料,如毛毡、羊毛、棉花或者海绵泡沫等。
● 超声波在真空中不能传播。真空环境中使用时,超声波传感器失效。.
● 检测其他未知物质及不确定的使用场景。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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