Informacje na temat czujników ultradźwiękowych (część 5): Łatwa instalacja, prosty montaż

Wykrywane obiekty mogą przecinać wiązkę dźwiękową z dowolnej strony. Oczekiwane punkty wykrywania można dokładnie oszacować przy użyciu zasięgów oraz krzywych odpowiedzi przedstawionych na karcie katalogowej danego czujnika ultradźwiękowego.

Czujniki ultradźwiękowe mogą być używane do wykrywania ciał stałych, cieczy oraz proszków. Właściwości powierzchni obiektu mają krytyczne znaczenie dla oceny odbicia sygnału czujnika. Równe i gładkie powierzchnie ustawione pod odpowiednim kątem do wiązki umożliwiają uzyskanie idealnego odbicia. W celu zapewnienia niezawodnego wykrywania odchylenie kątowe płytki pomiarowej nie powinno przekraczać 3°.

Właściwości materiału, takie jak przezroczystość, kolor czy wykończenie powierzchni (polerowane lub matowe), nie wpływają na niezawodność wykrywania. Chropowate powierzchnie odbijają energię akustyczną w wielu kierunkach. Powoduje to zmniejszenie całkowitego zasięgu wykrywania. Dlatego chropowate powierzchnie umożliwiają większą odchyłkę kątową ze względu na przeważające rozproszenie sygnału ultradźwiękowego.

Tę cechę można wykorzystać w przypadku wykrywania poziomu napełnienia lub wysokości pryzmy materiału ziarnistego o odchyleniu kątowym do 45° (przy zmniejszonym zasięgu).

Szczególnie skutecznie są wykrywane następujące obiekty:

• Wszystkie obiekty gładkie i bryłowe ustawione prostopadle względem wiązki
• Wszystkie obiekty bryłowe o chropowatej powierzchni, która powoduje rozproszenie odbicia, ustawione losowo względem wiązki
• Powierzchnie cieczy ustawione pod kątem <3° względem osi wiązki

Następujące materiały są słabo wykrywane:

• Materiały pochłaniające sygnały ultradźwiękowe, takie jak filc, bawełna, chropowate materiały tekstylne czy pianka
• Materiały o temperaturze powyżej 100°C

Do wykrywania takich materiałów konieczne może być użycie barier optycznych.

Krzywa odpowiedzi czujnika ultradźwiękowego jest określana mianem wiązki dźwiękowej. Obiekty są wykrywane w wiązce dźwiękowej, jeśli odbijają wystarczającą ilość dźwięku z powrotem do czujnika. Krzywa odpowiedzi zależy od właściwości obiektu. Dlatego na kartach danych podane są wykresy wiązek dźwiękowych dla różnych obiektów standardowych. Wiązka dźwiękowa nie ma precyzyjnie określonych granic i może ulegać zmianie pod wpływem czynników otoczenia, takich jak temperatura czy wilgotność.

Jeśli w danym zastosowaniu występują niepożądane przedmioty odbijające sygnał akustyczny, należy zapewnić odpowiedni odstęp wokół wiązki dźwiękowej. Tylko w ten sposób można uniknąć nieprawidłowego załączania powodowanego przez niepożądane odbicia.

Do orientacji w przypadku małych, okrągłych obiektów lub obiektów generujących słabe odbicie można użyć krzywej odpowiedzi 2 (dotyczącej okrągłego pręta o średnicy 25 mm). Krzywa ta może być również używana w przypadku gładkich powierzchni ustawionych równolegle do kierunku wiązki czujnika ultradźwiękowego (wewnętrznych ścianek pojemnika, rur). W przypadku większych obiektów o dobrych właściwościach odbicia (krawędziach powodujących interferencje) należy zapewnić odstęp odpowiadający co najmniej krzywej 1 (dotyczącej płaskiego panelu o wymiarach 100 mm x 100 mm).

W sytuacji, gdy nie można zapewnić odstępów, wiele czujników ultradźwiękowych firmy Pepperl+Fuchs umożliwia zmodyfikowanie wiązki dźwiękowej. Tę procedurę można wykonać przy użyciu przycisków uczenia lub interfejsu do programowania i odpowiedniej aplikacji. Oprogramowanie umożliwia selektywne tłumienie wielu obiektów powodujących zakłócenia znajdujących się w zasięgu wykrywania (tłumienie stałych elementów).

Aby zapobiegać wzajemnemu zakłócaniu się czujników ultradźwiękowych zamontowanych równolegle i pracujących w tym samym zasięgu wykrywania, należy zapewnić minimalne wymagane odległości pomiędzy czujnikami w sposób przedstawiony na kolejnych ilustracjach. Wartości podane w tabeli mają charakter wytycznych. Dotyczą one sytuacji, gdy wiązki są równoległe względem siebie, a powierzchnie obiektów są ustawione pod odpowiednimi kątami względem osi wiązek. Rzeczywisty wymagany odstęp (X) zależy od wyrównania, rodzaju powierzchni i typu obiektów znajdujących się w zasięgu wiązki dźwiękowej.

Gdy urządzenia są montowane naprzeciwko siebie, należy zapewnić odstępy określone w tabeli. W razie występowania zakłóceń konieczne może być zwiększenie odstępów (X) lub, w stosownych przypadkach, włączenie funkcji synchronizacji albo multipleksowania. Zsynchronizowanych oraz niezsynchronizowanych czujników ultradźwiękowych nie wolno montować naprzeciwko siebie.