超聲波傳感器印刷，汽車，物流，包裝、組裝行業(yè)和處理技術(shù)中廣泛應(yīng)用

生產(chǎn)自動化中的工業(yè)超聲波傳感器應(yīng)用已逾約30年。這些原本只在特殊應(yīng)用領(lǐng)域中使用的大型、昂貴設(shè)備，如今幾乎現(xiàn)身于每個工廠自動化領(lǐng)域。隨著超聲波傳感器的發(fā)展，他們也愈發(fā)外形緊湊，功能強大，經(jīng)濟實惠，這種發(fā)展與改進還遠未結(jié)束，他們承諾將開辟一個嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域。

感應(yīng)任務(wù)

傳感器作為一種技術(shù)性元件，可以定性或定量地記錄在特定的物理或化學性質(zhì)。在自動化技術(shù)中，傳感器用信號檢測機器或設(shè)備，該信號也作為控制單元的輸入變量。傳感器的特點主要是物理運作原理。電感式傳感器對電磁場變化做出反應(yīng)，而光電傳感器對光波變化做出反應(yīng)。超聲波傳感器則利用聲波在傳輸介質(zhì)（氣體，液體，固體物質(zhì)）中運行。超聲波傳感器主要在工廠自動化中用于測量運行時間或空氣中的聲波脈沖振幅。如同廣泛使用的飛行時間測量方法，傳感器發(fā)出一系列超聲波脈沖，隨后測量直到收到回波的時間  （圖1）。一個單一的超聲波轉(zhuǎn)換器，可行使一個發(fā)射器和一個接收器的功能，便常常用在此處。傳感器到產(chǎn)生回波的目標物之間的距離，通過以下公式可以計算出來： . （C：音速，T：測量運行時間）。 此外，發(fā)射器、接收器包含的各個轉(zhuǎn)換器可以共同置于一個外殼中或者分別連接，使得標準傳感器和直通波束傳感器可以集于一體。

圖 1：飛行時間的測量的原理，傳感器發(fā)出一系列超聲波脈沖，然后測量收到聲波回傳的時間，用來計算目標物的距離。

超聲波轉(zhuǎn)換器

超聲波傳感器的主要組成部分是轉(zhuǎn)換器。今天，耐用的固體轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，主要包括產(chǎn)生機械振動的壓電陶瓷和與之相匹配的聲片。一個匹配的聲片需要適應(yīng)壓電陶瓷和空氣之間產(chǎn)生的不同聲阻抗。為了達到*的耦合，聲片對應(yīng)的聲阻抗必須為. （ZK：壓電陶瓷的聲阻抗，ZL：空氣的聲阻抗，Z =ρ* cM，ρ：介質(zhì)密度，cM：介質(zhì)的音速）。沒有這些措施，只有一小部分聲波能量會被釋放到空氣中（傳輸過程）或接收到（接收模式），這將大大削減檢測范圍。除了確保更好適應(yīng)聲學條件，高度的機械穩(wěn)定性，高耐化學性，寬溫度范圍，傳感器外殼良好的聲學隔離，以及zui后也是很重要的一點，優(yōu)惠的價格也極為重要。理論物理的精通和實際的制造方法這些專業(yè)知識是倍加福傳感器成功的重要元素。zui近的發(fā)展主要是一個*由不銹鋼膜覆蓋密封的轉(zhuǎn)換器使得*密封的超聲波傳感器產(chǎn)品用來測距。

運作原理

通過高達幾百伏的電壓激勵在超聲波轉(zhuǎn)換器上來獲得在發(fā)送器模式下達到所需要的頻率的一系列脈沖或單個脈沖。隨后傳感器切換到接收模式，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變成類似麥克風功能。將幾毫伏級的接收信號放大，解調(diào)，并傳送到一個閾值檢測器。目標物距離便通過聲波脈沖的持續(xù)時間而計算得出。同一個轉(zhuǎn)化器既可用作發(fā)射器也可用作接收器，意味著在傳感器前方會有一段不可進行檢測的盲區(qū)。不同的硬件和軟件檢測，可以大大削減這一盲區(qū)，從而提高抗干擾能力。

由于空氣中的聲速 （c0：音速在0 °C （331.5米/秒），T：開爾文溫度，T0：溫度°0 °C(273.15 K)，和溫度有很大關(guān)系，工作溫度100 K時 出現(xiàn)18％的變化。傳感器測量溫度并做出相應(yīng)的補償，以便更有效地抑制干擾，這使得測量精度在整個溫度范圍內(nèi)比終值高0,02。

之所以超聲波的工作頻率范圍從40千赫到近1 MHz，是因為高頻率時衰減加劇，檢測距離很短。傳感器的檢測范圍可以擴展為100mm到10m。超聲波傳感器會相應(yīng)得變緩慢，尤其是在長距離檢測時，因為空氣中聲音傳播速度比光慢1000倍。對于10米遠的目標物，聲波的運行時間大約是60毫秒，這一工作時間在許多應(yīng)用中還是綽綽有余。

除了上述超聲波轉(zhuǎn)換器的主要功能之外，硬件設(shè)計和上述所有傳感器內(nèi)部微控制器的信號處理是決定性的性能特點。，今天強大的32位控制器可以實時重現(xiàn)復(fù)雜的算法來代替只提供zui基本功能的8位控制器是*有可能的，需要更小的安裝空間，更低的成本，以及標準化的安裝。例如可調(diào)節(jié)的聲錐寬度，和苛刻環(huán)境里通過回波振幅而得出結(jié)果的可能（除了運行時間）。所有這些可能性大大拓寬了目前的應(yīng)用領(lǐng)域，且潛力無窮，有待挖掘。

特點及應(yīng)用優(yōu)勢

相比于光電傳感器，超聲波傳感器更耐灰塵和濕度。鑒于設(shè)備的整體性，轉(zhuǎn)換器表面的輕微損壞也無關(guān)痛癢。不用說，被測物體的透明度或顏色對檢測也沒有任何影響。超聲波傳感器的耐用性可以媲美電感式傳感器，但感應(yīng)距離是后者的100倍。在設(shè)計上也有很多相似點。直徑M12圓柱超聲波的和典型的方形接近開關(guān)或光電傳感器已經(jīng)*標準化。此外，還可根據(jù)特殊需要定制型號，例如測量填充量。

數(shù)字開關(guān)輸出或模擬4-20毫安接口的傳感器是眾所皆知。不過，也有繼電器輸出253 VAC的傳感器。大多數(shù)傳感器是自學習或通過接口參數(shù)進行設(shè)置，因此適應(yīng)各種應(yīng)用。還包括zui近新實行的IO - Link的工業(yè)通訊標準。

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