Le b.a-ba des capteurs à ultrasons : Questions fréquentes (FAQ)

Capteur à ultrasons pour la détection des niveaux

Image : Capteur à ultrasons pour la détection des niveaux

Résumé : Les capteurs à ultrasons utilisent l'énergie électrique et un transducteur en céramique pour émettre et recevoir de l'énergie mécanique sous la forme d'ondes sonores. Les ondes sonores sont essentiellement des ondes de pression qui se propagent à travers les solides, les liquides et les gaz et peuvent être utilisées dans les applications industrielles pour mesurer la distance ou détecter la présence ou l'absence des cibles. Cette FAQ répond à quelques-unes des questions les plus souvent posées à propos des capteurs à ultrasons, de leur principe de fonctionnement et de la terminologie. 

Q : Qu'est-ce qu'un capteur à ultrasons ?

Uncapteur à ultrasons est un dispositif de contrôle industriel qui utilise les ondes sonores supérieures à 20 000 Hz, trop élevées pour être captées par l'oreille humaine, pour mesurer et calculer la distance du capteur à un objet cible spécifié. 

Q : Comment fonctionne un capteur à ultrasons ?

Le capteur possède un transducteur en céramique qui vibre quand on lui applique une énergie électrique. Les vibrations compriment et dilatent les molécules d'air en vagues entre le capteur et la cible qui est en face. Un transducteur transmet et reçoit des ondes sonores. Le capteur à ultrasons mesure la distance en émettant une onde sonore et en écoutant pendant une durée définie pour permettre le retour de l'onde réfléchie par la cible avant d'en émettre une nouvelle.  

Q : Dans quelles applications utilise-t-on un capteur à ultrasons ?

Comme celui-ci utilise le son plutôt que la lumière pour la détection, il est utilisé dans des applications où les capteurs photoélectriques ne sont pas adaptés. Il représente la solution idéale pour la détection des objets transparents et la mesure des niveaux de liquides dans la mesure où il s'agit d'applications peu adaptées aux capteurs photoélectriques en raison de la transparence des cibles. La couleur et/ou la réflectivité de la cible n'affecte pas les capteurs à ultrasons qui fonctionnent très bien dans les environnements éblouissants.

Q : Quand est-il préférable d'utiliser un capteur à ultrasons plutôt qu'un capteur optique ?

Un capteur à ultrasons est plus intéressant dans les applications de détection des objets transparents, des niveaux de liquides ou des surfaces métalliques ou très réfléchissantes. Il fonctionne aussi très bien dans les environnements humides où un faisceau optique risque d'être réfléchi par des gouttelettes d'eau. En revanche, le capteur à ultrasons est sensible aux variations de température et au vent. Les capteurs optiques peuvent, par ailleurs, avoir un diamètre de faisceau très petit, un temps de réponse rapide et, dans certains cas, vous pouvez projeter un point visible pour faciliter l'alignement du capteur. 

Q : Comment les capteurs à ultrasons réagissent-ils aux interférences et aux parasites acoustiques ?

Un parasite acoustique émis à une fréquence reconnue par le capteur à ultrasons peut interférer avec la sortie du capteur. Citons, par exemple, les sons très aigus générés par un sifflet, le sifflement émis par les soupapes de sécurité, l'air comprimé ou les dispositifs pneumatiques. Des interférences acoustiques peuvent également se produire si vous installez deux capteurs à ultrasons de la même fréquence à proximité l'un de l'autre. Les parasites électriques n'affectent pas les capteurs à ultrasons.

Q : Quelles conditions environnementales affectent un capteur à ultrasons ?

Les fluctuations de température affectent la vitesse des ondes sonores d'un capteur à ultrasons. Plus la température augmente, plus les ondes sonores se propagent rapidement entre le capteur et la cible. Même si la cible n'a pas bougé, elle apparaît plus proche pour le capteur.  Les courants d'air dus aux équipements pneumatiques ou ventilateurs peuvent également faire dévier ou perturber la trajectoire de l'onde ultrasonique. Il est dès lors possible que le capteur ne puisse pasdétecter l'emplacement exact de la cible.

Q : Pourquoi faut-il un temps de préchauffage au capteur à ultrasons avant de pouvoir l'utiliser ?

Le capteur à ultrasons ne doit pas être configuré ni utilisé avant qu'il n'ait eu le temps de chauffer. Lors de la mise en marche du capteur, les composants individuels chauffent et réchauffent également l'espace et les composants environnants. La variation de température entre le démarrage à froid et la température de fonctionnement est appelée dérive de température. Tant que tous les composants n'ont pas atteint la température de fonctionnement correcte, la précision de vos mesures peut être affectée.  

Q : Qu'est-ce qu'une zone morte ?

Une zone morte fait référence à la zone située juste devant la face du transducteur et dans laquelle le capteur ne peut pas effectuer de mesures précises. Cette zone est due à un phénomène appelé post-oscillation. La post-oscillation est la vibration continue du transducteur après l'impulsion d'excitation. L'énergie doit se dissiper avant que le transducteur puisse écouter l'écho de retour. Vérifiez que votre cible est en dehors de la zone morte spécifique à votre capteur à ultrasons. 

Q : Les capteurs à ultrasons sont-ils plus lents que les capteurs photoélectriques ?

Oui. La vitesse du son est beaucoup plus lente que celle de la lumière. Par conséquent, un capteur à ultrasons est par nature plus lent qu'un capteur optique.

Q : Quels types de cibles faut-il éviter lorsque j'utilise un capteur à ultrasons ?

Les meilleures cibles pour un capteur à ultrasons sont des surface planes, solides et de grande taille dans des matériaux comme le métal, la céramique, le verre ou le bois. Elles doivent toujours être perpendiculaires au capteur. Il faut éviter les cibles présentant une surface irrégulière ou molle, comme les granulés de bois, la sciure ou la mousse.

Q : Quel est le meilleur moyen de détecter des objets placés de façon aléatoire avec un capteur à ultrasons ?

Le capteur doit apprendre « l'arrière-plan » comme condition correcte. Lorsque la condition apprise est la surface en arrière-plan réfléchissant les ultrasons, tout objet introduit entre le capteur et l'arrière-plan sera détecté, entraînant la commutation de la sortie.


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