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超聲波傳感器

歐姆龍Omron超聲波傳感器技術(shù)概要

發(fā)布日期:2022-10-11 來(lái)源:環(huán)球電氣之家 作者:環(huán)球電氣之家 點(diǎn)擊率:228 品牌:組態(tài)王_Kingview

超聲波傳感器概要
超聲波傳感器的定義

超聲波傳感器,是通過(guò)送波器將超聲波向?qū)ο笪锇l(fā)送,通過(guò)受波器接受這種反射波,來(lái)檢測(cè)對(duì)象物的有無(wú)和距離對(duì)象物的距離。(距離設(shè)定型、限定區(qū)域型:*參見「 分類 」)。通過(guò)計(jì)算從超聲波發(fā)信到受信為止所需要的時(shí)間和聲速的關(guān)系,來(lái)計(jì)算傳感器和對(duì)象物之間的距離。此外,有些機(jī)器通過(guò)對(duì)穿過(guò)送波器和受波器間物體產(chǎn)生的超聲波的衰減或遮斷進(jìn)行檢測(cè),從而檢測(cè)對(duì)象物的有無(wú)。(對(duì)射型、回歸反射型:*參見「 分類 」)。 

原理

在超聲波的發(fā)信/受信中使用了壓電陶瓷。

壓電陶瓷的定義

由于施加在元件上的機(jī)械力,在電極間隨著力而產(chǎn)生了電動(dòng)勢(shì)。此外,與此相反,若在電極間施加了電壓,隨著其大小則會(huì)產(chǎn)生機(jī)械性位移。 通過(guò)這種電動(dòng)勢(shì)的大小,來(lái)檢測(cè)、計(jì)量對(duì)象物的有無(wú)和傳感器到對(duì)象物之間的距離。

 

超聲波傳感器

由于以空氣為媒介,因此在吹風(fēng)處和因高溫物體而使空氣流動(dòng)的場(chǎng)所使用時(shí),以及在吸收音波的粉體等中使用時(shí)要注意。

 

超聲波傳感器

 

分類
按檢測(cè)方式分類
對(duì)射型對(duì)通過(guò)送波器和受波器間的物體產(chǎn)生的超聲波光束的衰減或遮斷進(jìn)行檢測(cè)的方式. 反射型限定距離型只對(duì)存在于距離調(diào)整旋鈕設(shè)定的檢測(cè)距離范圍內(nèi)的物體發(fā)出反射波進(jìn)行檢測(cè)的方式。 限定區(qū)域型回歸反射通過(guò)可檢測(cè)物體來(lái)遮斷反射板發(fā)出的正常反射波來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的方式。 限定區(qū)域只對(duì)通過(guò)距離切換開關(guān)選擇設(shè)定的檢測(cè)區(qū)域內(nèi)存在的物體發(fā)出的反射波進(jìn)行檢測(cè)的方式。 


不確定區(qū)域?qū)儆诰嚯x調(diào)整范圍外,但根據(jù)可檢測(cè)物體不同,有時(shí)可通過(guò)多重反射進(jìn)行檢測(cè)。在該范圍內(nèi)動(dòng)作將變得不穩(wěn)定。請(qǐng)避免使可檢測(cè)物體進(jìn)入該范圍。

術(shù)語(yǔ)解說(shuō)
音速

將空氣中的聲速C作為近似式,表示為

C=331.5+0.61θ(m/s)θ:氣溫(℃)

若氣溫變化則聲速也變化,這就是因溫度差引起的距離測(cè)定誤差。 

反射與對(duì)射

在同樣的媒介中超聲波將直線傳播,在與不同媒介的臨界面會(huì)出現(xiàn)反射、對(duì)射的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象受媒介的種類、形狀的影響。在大氣中,即使是人體也會(huì)出現(xiàn)明顯的反射現(xiàn)象,其檢測(cè)較為容易。 

多重反射

是指對(duì)于在可檢測(cè)物體上反射一次后回歸的反射,該反射波反射到傳感器探頭或附近的物體、天花板面等,并再次回歸反射到可檢測(cè)物體的反射兩次以上的反射波。

例如2次反射的情況下,則會(huì)受到恰好與處于2倍距離的一次反射相同的反射波。 

超聲波傳感器 

限定區(qū)域(反射型)

在檢測(cè)距離的調(diào)整中,不僅是最大檢測(cè)距離,對(duì)最小檢測(cè)距離也能連動(dòng)或單獨(dú)調(diào)整,該可檢測(cè)范圍稱為限定區(qū)域(區(qū)域限定)。 

超聲波傳感器 
不感應(yīng)區(qū)與不確定區(qū)域(反射型)

檢測(cè)距離調(diào)整的結(jié)果,傳感器探頭面和最小檢測(cè)距離間無(wú)法檢測(cè)的區(qū)域稱為不感應(yīng)區(qū),因傳感器探頭的結(jié)構(gòu)及余響振動(dòng),在探頭附近無(wú)法檢測(cè)的區(qū)域稱為不確定區(qū)域。 但在不確定區(qū)域中,有時(shí)可通過(guò)傳感器與物體間的多重反射進(jìn)行檢測(cè)。 

指向特性

將所需的音響能量施加到目標(biāo)物上所必須的無(wú)指向性送波器和指向性送波器的音響輸出比稱為指向性增益。 頻率越高、振動(dòng)面積越大,指向性越尖銳,可高效地發(fā)射聲波。 作為超聲波開關(guān)使用的傳感器部分的指向特性,在聲壓減半角(半功率角)中為8~30°左右。 指向特性很大程度還受傳感器喇叭的形狀、振子的振動(dòng)模式等的影響,所以應(yīng)根據(jù)要檢測(cè)的動(dòng)作區(qū)域,來(lái)決定傳感器部形狀、使用頻率、振子的種類等。

超聲波傳感器 

聲壓減半角(半功率角)

表示指向性的指標(biāo)之一。從振子的中心,即聲響能級(jí)(聲音的強(qiáng)度)從最大的角度起,偏移角度后,衰減到聲響能級(jí)為最大值的1/2的角度(由于對(duì)稱,所以實(shí)際為2倍的角度)稱為半功率角。 

邊波瓣

將從振子的中心,即聲響能級(jí)(聲音的強(qiáng)度)為最大的角度開始偏移角度時(shí)的聲響能級(jí),用中心開始的長(zhǎng)度表示的圖表來(lái)表示其指向性,但它具有一種特性,即隨著中心開始的角度增加而減少,隨后再次增加的特性。 這種特性稱為邊波瓣(side lobe),有時(shí)會(huì)對(duì)周圍物體亂發(fā)射等,影響檢測(cè)特性。 

振子

一種施加電氣能量后產(chǎn)生超聲波,或?qū)⒊暡ㄕ駝?dòng)能量轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)的元件,通常,超聲波開關(guān)多采用壓電現(xiàn)象的鈦酸鋇振子,其形狀有圓板形和圓筒形。 

喇叭

將超聲波向一定方向聚焦發(fā)射或是為了接受超聲波的反射器,其形狀尺寸決定了傳感器的指向特性。

超聲波傳感器 
送波

是指在發(fā)振側(cè)連接振子,向指定方向發(fā)射的超聲波,通常用施加在振子上的電壓值或聲壓來(lái)表示。 

受波

是指直接接受發(fā)送來(lái)的超聲波,或在振子位置接受物體發(fā)出的反射波,通常用轉(zhuǎn)換后的電壓值或聲壓表示。 

余響

若在振子上,以脈沖形式施加了接近其共振頻率的電氣信號(hào),則即使電氣信號(hào)消失,超聲波振動(dòng)也會(huì)機(jī)械性的持續(xù)短時(shí)間的現(xiàn)象稱為余響。在反射型中,這種余響現(xiàn)象若持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間,則無(wú)法檢測(cè)。  

超聲波傳感器 

F.S.(Full Scale)

表示額定檢測(cè)距離的范圍,根據(jù)各型號(hào)不同,值也不同。 

直線性

在溫度、電壓一定的條件下,將距離和線性輸出的關(guān)系以圖表表示時(shí),表示相對(duì)于理想直線,其最大誤差的比例。 

可檢測(cè)物體的種類與形狀(反射型) 

可檢測(cè)物體可分為如下幾類:

(A)平面狀……液體、箱子、塑料片、紙、玻璃等。

(B)圓柱狀……罐、瓶、人體(人體保護(hù)用途除外)等。

(C)顆粒體或塊狀……礦物、巖石、煤炭、焦炭、塑料球等

 

反射效率根據(jù)這些可檢測(cè)物體的形狀而有所差異:
(A)的情況下,反射波回歸最多,但受可檢測(cè)物體傾斜的影響會(huì)變大。
(B)、(C)的情況下,會(huì)有漫反射,反射波不一樣,但受傾斜的影響少。
 

超聲波傳感器 

共通注意事項(xiàng) ★各商品的注意事項(xiàng),請(qǐng)參見各商品的「 請(qǐng)正確使用」
警告


超聲波傳感器不能作為沖壓的安全裝置或其他人體保護(hù)用安全裝置使用。

本產(chǎn)品與安全性無(wú)關(guān),主要用于工件和作業(yè)者的檢測(cè)用途。 

超聲波傳感器

 

安全要點(diǎn)
●配線時(shí)
關(guān)于電源電壓

使用時(shí)請(qǐng)不要超過(guò)使用電壓范圍。

感器上施加了交流電源(AC100V以上),則可能引起破裂或燒毀。

傳感器上施加了交流電源(AC100V以上),則可能引起破裂或燒毀。 

關(guān)于負(fù)載短路

請(qǐng)避免使負(fù)載短路。否則可能引起破裂或燒毀。 

關(guān)于誤布線

請(qǐng)避免對(duì)電源的極性等進(jìn)行錯(cuò)誤布線。否則可能引起破裂或燒毀。 

關(guān)于無(wú)負(fù)載的連接

若在無(wú)負(fù)載的條件下直接連接電源,則可能引起內(nèi)部元

件破裂或燒毀,所以請(qǐng)?jiān)谑┘迂?fù)載后進(jìn)行布線。 

●使用環(huán)境

請(qǐng)不要在可燃性爆炸氣體的環(huán)境下使用。 


使用注意事項(xiàng) 
●安裝時(shí) 
傳感器的安裝角度

能級(jí)控制、距離控制的情況下,檢測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性將受可檢測(cè)物體的反射面狀態(tài)的影響。

安裝傳感器時(shí),請(qǐng)使超聲波束與反射面呈直角。 

傳感器周圍的障礙物

請(qǐng)注意避免因超聲波束的擴(kuò)大、或邊波瓣引起的漫反射等而引起誤動(dòng)作。

對(duì)射型的情況下,會(huì)因地面的反射產(chǎn)生影響,所以這種情況下,請(qǐng)?jiān)诘孛嫔险迟N布或海綿等易吸收聲波的材料,或設(shè)置遮音壁。

 

 

關(guān)于設(shè)置 

請(qǐng)利用附屬的安裝螺母或本體安裝孔進(jìn)行設(shè)置固定。(詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參見外形尺寸圖)

安裝超聲波式傳感器時(shí),如用錘子等敲打,將損壞防水功能。

若未充分固定,則會(huì)因振動(dòng)等引起破損,或因移動(dòng)而無(wú)法進(jìn)行正確檢測(cè)。

關(guān)于環(huán)境 

為了維持動(dòng)作的可靠性和長(zhǎng)壽命,請(qǐng)避免在超過(guò)額定的溫度和外部空氣條件下(室外)進(jìn)行使用。

由于超聲波式傳感器將空氣作為傳播媒介,所以若局部有溫差,則會(huì)在臨界面發(fā)生反射、折射,在有風(fēng)的地方則會(huì)使檢測(cè)區(qū)域變化,引起誤動(dòng)作。因此,請(qǐng)避免在空氣屏障送風(fēng)機(jī)等場(chǎng)所使用。

 

 

由于空氣噴嘴發(fā)出的噴射聲包含多種頻率成分,所以影響很大,請(qǐng)不要在這類物體附近使用。 若在傳感器的表面(送波、受波部)附有水滴,則會(huì)降低檢測(cè)距離。

微粉末體及棉等吸音物質(zhì)的情況下,無(wú)法檢測(cè)。(反射型) 

●布線時(shí)

若高壓線、動(dòng)力線和超聲波傳感器的布線在同一配管或槽內(nèi),則會(huì)引起感應(yīng),有時(shí)會(huì)造成誤動(dòng)作或破損,所以請(qǐng)另行布線或單獨(dú)配管后使用。 

●其他

使用市售的開關(guān)調(diào)節(jié)器時(shí),請(qǐng)將FG(機(jī)架接地端子)及G(接地端子)接地后使用。 

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