超聲波傳感器在工業(yè)自動化領(lǐng)域的應(yīng)用

科技進(jìn)步使得今天的超聲波傳感器堅(jiān)固耐用并有著精確的感應(yīng)能力，這些新技術(shù)使得超聲波傳感器可以更加簡單、靈活，性價比更高。這些新增的特性拓展了一個新的應(yīng)用領(lǐng)域，完全超越了傳統(tǒng)的超聲波傳感器的應(yīng)用?，F(xiàn)在的超聲波傳感器提供給了機(jī)械設(shè)計(jì)師，在工業(yè)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了一個新的、極具創(chuàng)造性的解決方案。

    數(shù)年前在傳感器技術(shù)領(lǐng)域，超聲波傳感器一直是備用的選擇，設(shè)計(jì)師只有在其他的傳感技術(shù)無法工作的時候才會選擇超聲波技術(shù)，一般發(fā)生在檢測透明物體，長距離的感應(yīng)或者是當(dāng)目標(biāo)顏色改變時的才會采用這種技術(shù)。

    新技術(shù)的應(yīng)用使得今天的超聲波傳感器能經(jīng)受得住惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，比如有IP67和IP69K防護(hù)等級的超聲波傳感器可以應(yīng)用于潮濕的環(huán)境中；傳感器內(nèi)建溫度補(bǔ)償電路，在正?；蛘咦兓牟僮鳡顟B(tài)時，當(dāng)有明顯的溫度變化，由溫度補(bǔ)償電路進(jìn)行校對；Teflon型號的超聲波傳感器的表面有一種特殊涂層可以用來抵御有害化學(xué)物質(zhì)的侵蝕；先進(jìn)的過濾電路可以讓超聲波傳感器屏蔽現(xiàn)場干擾；新型傳感器感應(yīng)頭有著更強(qiáng)的自我保護(hù)能力，可以抵御物質(zhì)損害，適應(yīng)比較臟亂的環(huán)境等。

    超聲波傳感器的易用性

    新一代超聲波傳感器的一個顯著特性就是使用更加簡單，這包括了按鈕的設(shè)置、DIP開關(guān)編程和一些多重程序的選擇。

    其開關(guān)按鈕完全內(nèi)嵌于傳感器裝置中，這使得調(diào)整安裝傳感器距離的遠(yuǎn)近非常容易，把目標(biāo)物放在傳感器前再按下按鈕是一件很簡單的事情。這種傳感器可以自動掌握窗口的大小和距離的遠(yuǎn)近。方便安裝意味著同樣的傳感器可以適應(yīng)很多不同的應(yīng)用。

    DIP開關(guān)的編程方式意味著可以為某些特殊的應(yīng)用而定制一個簡單的傳感器，這些個性化的特性包括響應(yīng)時間、輸出類型、開關(guān)量和模擬量選擇以及用于物位/液位控制的特別設(shè)定。

    超聲波傳感器一般在單個傳感器中都包含多種輸出類型，具有兩路開關(guān)量輸出型號可以用一個傳感器同時感應(yīng)兩個不同距離的物體，而同時擁有開關(guān)量輸出和模擬量輸出的型號的傳感器即可用于測量有提供警報輸出。

    以上這些特性使得超聲波傳感器與其他技術(shù)的傳感器相比，使用更加靈活，更具選擇性。

    使用超聲波傳感器的基本原則

    超聲波傳感器是利用傳感器頭的壓振陶瓷的振動，產(chǎn)生高頻的人耳聽不見的聲波來進(jìn)行感應(yīng)的，如果這聲波碰到了某個物體，傳感器就能接收到返回波。傳感器通過聲波的波長和發(fā)射聲波以及接收到返回聲波的時間差就能確定物體的距離。比較具有代表性的，一個傳感器可以通過按鈕的設(shè)定來擁有近距離和遠(yuǎn)距離兩種設(shè)定，無論物體在那一種界限里，傳感器都可以檢測到。例如：超聲波傳感器可以安裝在一個裝液體的池子上，或者是一個裝小球的箱子上，向這個容器發(fā)出聲波，通過接收到返回波的時間長短就能確定這個容器是滿的、空的或者是分滿的。

    超聲波傳感器還有使用的是獨(dú)立的發(fā)射器和接收器的型號，當(dāng)檢測緩慢移動的物體或者在潮濕環(huán)境中應(yīng)用時，這種對射示的超聲波傳感器就非常適用。在檢測透明物體、液體，檢測光滑、粗糙、有光澤的半透明材料等物體表面，以及檢測不規(guī)則物體時，超聲波傳感器都是首選。超聲波傳感器不適用的情況有：戶外、極熱的環(huán)境、有壓力的容器內(nèi)及有泡沫的物體。

超聲波傳感器選型要點(diǎn)

    范圍和尺寸

    被檢測的物體的尺寸大小會影響超聲波傳感器的最大有效范圍，傳感器必須探測到一定級別的聲波才能被激勵輸出信號，一個較大的物體可以將大分聲波反射給傳感器，所以傳感器可以在它的最大限度內(nèi)對此物體進(jìn)行感應(yīng)，而一個小物體只能反射很少的聲波，這樣就明顯地減小了感應(yīng)的范圍。

    被測物

    能運(yùn)用超聲波傳感器進(jìn)行檢測的最理想的物體應(yīng)該是大型、平坦、高密度的物體，垂直放置面對著傳感器感應(yīng)面。最難檢測的是那些面積非常小，或者是可以吸收聲波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是角面對著傳感器的。一些比較困難被檢測的物體可以先對物體的背景表面進(jìn)行示教，再對放在傳感器和背景之間的物體作出反應(yīng)。

    用于液體測量時需要要液體的表面垂直面對超聲波傳感器，如果液體的表面非常不平整，那么傳感器的響應(yīng)時間要調(diào)的更長一些，它會將這些變化做個平均，可以比較固定的讀取。

    在Retrosonic模式下使用超聲波傳感器使得探測不規(guī)則物體也成為可能，在Retrosonic模式下，超聲波傳感器可以先探測一個平整的背景，如一面墻，當(dāng)任何物體通過傳感器和墻之間的時候，就會阻礙聲波，傳感器感應(yīng)到了中斷，便會意識到出現(xiàn)了物體。

    振動

    無論是傳感器本身還是周圍機(jī)械的振動，都會影響距離測量的精確度。這時可以考慮采取一些減震措施，例如：用橡膠的抗震設(shè)備給傳感器做一個底座，可以減少振動，用固定桿也可以消除或者最大程度的減少振動。

    衰減

    當(dāng)周圍環(huán)境溫度緩慢變化的時候，有溫度補(bǔ)償?shù)某暡▊鞲衅骺梢宰龀稣{(diào)整，但是如果溫度變化過快，傳感器將無法做出調(diào)整。

    誤判

    聲波可能會被附近的一些物體反射，比如導(dǎo)軌或者固定夾具，為了確保檢測的可靠性，必須減少或者排除周圍物體對聲波反射的影響，為了避免對周圍物體的錯誤檢測，許多超聲波傳感器都有一個LED指示器來引到操作人員進(jìn)行安裝，來確保這個傳感器被正確的裝好，減少出錯的風(fēng)險。

    超聲波傳感器的典型應(yīng)用舉例

    超聲波傳感器曾經(jīng)被認(rèn)為操作太過困難或者過于昂貴，但隨著成本的降低和運(yùn)用的方便，越來越多的機(jī)械設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)機(jī)器時已經(jīng)將超聲波傳感器融入進(jìn)去。超聲波傳感器的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域包括探測填充狀況、探測反光物體和物質(zhì)、控制環(huán)繩的膨脹和測量距離。圖1至圖4是幾個應(yīng)用實(shí)例。

    超聲波傳感器在工業(yè)上的應(yīng)用正快速發(fā)展，這項(xiàng)曾經(jīng)十分昂貴而且精準(zhǔn)度不高的技術(shù)如今已經(jīng)變得簡單易用，精度高且費(fèi)用低廉。超聲波傳感器已經(jīng)成為一個常規(guī)設(shè)備在過程控制中提高產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)用在檢測次品、確認(rèn)出現(xiàn)或者消失和其他一些領(lǐng)域。這種傳感器同樣可以提高生產(chǎn)力，它可以減少廢料，避免由于零件損壞造成的停工。未來在此項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)此類產(chǎn)品的發(fā)展仍將延續(xù)這種趨勢，這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，但是已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)達(dá)成共識，那就是超聲波傳感器在所有的制造領(lǐng)域內(nèi)，包括質(zhì)量控制、過程控制和檢測，具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?/P>

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