超音波感測器101問:常見問題解答

用於液位偵測的超音波感測器

圖片:用於液位偵測的超音波感測器

總結:超音波感測器使用電能和陶瓷換能器,將能量轉換為聲波形式發射和接收。聲波本質上是能夠穿過固體、液體和氣體的壓力波,可用於工業應用中來測量距離或偵測物體的有無。這個問答集回答了有關超音波感測器、理論和術語的一些常見問題。 

問:超音波感測器是什麼?

超音波感測器 是一種工業控制裝置,它使用超過人類聽覺範圍的頻率20,000Hz以上的聲波來測量和計算從感測器到目標物的距離。 

問:超音波感測器如何工作?

該感測器具有陶瓷換能器,當電能施加到換能器上時,換能器會產生振動。透過振動來壓縮和膨脹空氣分子,以聲波的形式將能量從感測器表面傳送到目標物。換能器發送和接收聲波。超音波感測器將透過發射聲波然後在一段時間內「收聽」音波來測量距離,它計算從目標物彈回的音波的回波時間,並在音波回彈之後再次發送音波。  

問:什麼時候ˋ適合使用超音波感測器?

由於超音波感測器使用聲音而不是光線進行偵測,因此它們可用於光電感測器無法使用的應用中。超音波感測器是透明物件偵測和液位測量這類應用(光電感測器因為目標物呈現透明或半透明的狀態,很難穩定偵測)的一個很好的解決方案。目標物顏色和/或反射率不會影響超音波感測器的偵測,超音波感測器甚至可以在有強力眩光下的環境工作。

問:何時使用超音波感測器而不是光學感測器?

在感測透明物件、液位或具有高度反射性的表面,如金屬表面時,超音波感測器具有優勢。超音波感測器在光束可能因水滴而發生光線折射的潮濕環境中,也能很穩定地工作。不過,超音波感測器易受溫度波動或風的影響。使用光學感測器,您還可以獲得較小的光點尺寸、更快速的反應時間,並且在某些情況下,您可以在目標物上投射可見光點以幫助感測器校準。 

問:超音波感測器如何應對噪音和干擾?

若噪音的頻率處於超音波感測器可以接收的範圍時,可能會干擾感測器的輸出。這包括各種高音噪音,如口哨產生的高音噪音、安全閥、壓縮空氣或氣動裝置產生的聲波。您也可能會因為將兩個相同頻率的超音波感測器安裝在附近,而出現相互干擾的情形。另一種噪音 — 電流雜訊並不僅僅只影響超音波感測器。

問:哪些環境條件會影響超音波感測器?

溫度的波動也會影響超音波感測器發出的聲波速度。隨著溫度的升高,聲波抵達目標物和從目標物返回的速度會越來越快。雖然目標物可能沒有轉移,但對於感測器,目標物似乎變近了。  氣動設備或風扇引起的氣流也可能偏轉或擾亂超音波的路徑。這可能導致感測器無法識別目標物的正確位置。

問:為什麼在操作超音波感測器之前需要讓它預熱?

超音波感測器啟動時必須預熱才能穩定的設定或運行。當感測器首次通電時,各個組件會加熱,並加熱周圍的空間和組件。從啟動到達到工作溫度的這種溫度波動稱為「預熱偏移」。在所有組件都已經穩定在正確的工作溫度之前,測量的精準度都可能會受到影響。  

問:什麼是盲區?

盲區是指換能器表面正前方的區域,感測器在該區域無法可靠地進行測量。這是由於一種名為震鈴效應的現象。震鈴效應是觸發脈衝後換能器的持續振動。此能量必須消散,之後換能器才能穩定偵測返回的回波。請確保將目標物放在超音波感測器的盲區之外。 

問:超音波感測器是否比光電感測器慢?

是。聲速比光速慢得多,因此超音波感測器在本質上將比光感測器來的要慢。

問:使用超音波感測器時應該避免什麼樣的目標物?

超音波感測器可以用於各種材料(如金屬、陶瓷、玻璃或木材)的大型、平坦、堅固的表面偵測。感測器需要垂直安裝於目標物的表面。應避免鬆軟或不規則的表面目標物,如顆粒、鋸屑或泡沫。

問:使用超音波偵測隨機物件的最佳方法是什麼?

使用感測器的「背景」教導功能做為一個良好背景值條件。透過教導超音波一個穩定的背景作為良好的背景值條件,將可以偵測到感測器與背景之間通過的任何物件。

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