Ultrasonik Sensör Nedir?
Ultrasonik sensör, mesafeyi ölçmek veya nesneleri algılamak için ultrasonik dalgaları kullanan bir cihazdır. Endüstriyel otomasyon teknolojisinde, üretim süreçlerinde hassas kontrol için özellikle kullanılır.
Ultrasonik Sensör Nasıl Çalışır?
Ultrasonik sensörler, belirli bir aralık içinde temas olmadan güvenilir bir şekilde mesafe ölçer, nesne özellikleri ve toz varlığı gibi ortam koşullarından bağımsızdır. Yüksek frekanslı ses dalgaları yayar ve dalgaların bir nesneye çarpıp sensöre geri dönme süresini ölçer (uçuş süresi prensibi). Ölçülen süreye dayanarak, ses dalgalarının yayılma hızıyla sensör ve nesne arasındaki mesafe hesaplanır. Bu şekilde, ultrasonik sensörler nesnelerin varlığını ve konumunu hassas bir şekilde algılar.
Burada nesne algılama, mesafe ölçümü ve seviye ölçümü için ultrasonik sensörlerimizi bulabilirsiniz.
Ultrasonik Sensörlerin Ölçüm Aralığı
Ultrasonik sensörlerin ölçüm aralığı, sensör prensibine, modele ve çevresel faktörlere göre değişir; tipik olarak birkaç santimetreden birkaç metreye kadar değişir. Ölçüm aralığı için önemli faktörler ultrasonik dalgaların frekansı ve genliği, verici performansı ve alıcı hassasiyetidir.
Mesafe Ölçümü
Mesafe, ultrasonik dalga yayılımı ve alımı arasındaki sürenin algılanması ve hesaplanmasıyla ölçülür. Mesafe hesaplama aşağıdaki formülü kullanır:
Mesafe L = (T x C)/2
Bu formülde, L mesafeyi, T ses dalgası yayılımı ve alımı arasındaki süreyi, C ise ses hızını temsil eder. Hesaplanan değerin ikiye bölünmesi gerekir, çünkü T, ses dalgalarının gidiş-dönüş toplam süresidir.
Ultrasonik Sensörlerin Prensipleri ve Yapısı
Çoğu ultrasonik sensör, sesin gönderilmesi ve alınması arasındaki yayılma süresinin ölçülmesi prensibine dayanır (yakınlık sensörü). Bariyer prensibi, ölçüm aralığındaki sensör ile yansıtıcı (retro-reflektif sensör) veya bir nesne (geçişli sensör) arasındaki mesafeyi belirler.
Yakınlık Sensörleri
Ultrasonik yakınlık sensörleri, ultrasonik nesne algılamanın en basit formudur. Verici ve alıcı tek bir muhafaza içinde entegre edilmiştir. Ultrasonik dalga formu, ölçülecek nesneden doğrudan alıcıya geri yansır. Ayrıca, teach-in fonksiyonuna sahip ultrasonik sensörler, tek bir düğmeye basarak daha kolay ve çeşitli çalışabilirlik sunarak geleneksel tiplerden farklıdır.
Tipik Uygulamalar:
- Mesafe ölçümü
- Yığın yüksekliği ölçümü
- Parça varlığı algılama
Retro-reflektif Sensörler
Retro-reflektif sensörler, ultrasonik yakınlık sensörleri ile benzer bir prensiple çalışır. Ses yayılım ölçümü, sensör ile yansıtıcı arka plan veya algılanacak hedef arasındaki mesafeyi ayırt eder ve daha yakın nesne algılandığında çıkış tetiklenir. Herhangi bir ses yansıtan, sabit nesne yansıtıcı olarak kullanılabilir.
Tipik Uygulamalar:
- Düzensiz şekilli ve eğimli nesneler
- Ses saptırıcı hedef nesneler
- Pamuk ve köpük kauçuk gibi sesi emen malzemeler
Geçişli Sensörler
Ultrasonik geçişli sensörler, hızlı tepki süreleri ve uzun algılama aralıkları ile bilinir. Bu konfigürasyonda, verici ve alıcı iki ayrı parçadır. Alıcı, vericiden gelen ses dalgasını izler ve bu dalga engellendiğinde çıkış durumunu değiştirir.
Tipik Uygulamalar:
- Hızla hareket eden nesnelerin algılanması
- Algılanması zor malzemelerden (cam kaplar, PET şişeler) nesnelerin sayılması
- Şeffaf malzemelerin izlenmesi
- Film kopma izleme
- Tank ve silolarda seviye izleme
Ultrasonik Yakınlık Sensörleri
Tasarım ve Çalışma Prensibi
Ultrasonik yakınlık sensörleri için özel bir ses dönüştürücü kullanılır, bu da ses dalgalarının dönüşümlü olarak iletilmesine ve alınmasına olanak tanır. Dönüştürücü tarafından yayılan ses dalgaları, bir nesne tarafından yansıtılarak tekrar dönüştürücüde alınır. Ses dalgalarını yaydıktan sonra, ultrasonik sensör alma moduna geçer. Yayılma ve alma arasındaki geçen süre, nesnenin sensörden olan mesafesi ile orantılıdır.
Dijital Çıkış
Algılama yalnızca algılama alanı içinde mümkündür. Gerekli algılama aralığı, sensörün potansiyometresi veya elektronik Teach-in (Teach-in düğmesi veya uzaktan Teach-in) ile ayarlanabilir. Belirlenen alanda bir nesne algılanırsa, çıkış durumu değişir ve bu entegre LED ile görselleştirilir.
Hedef Algılama
Ses dalgaları sert yüzeylerden en iyi şekilde yansırken, hedefler sıvılar, granüller veya tozlar da olabilir. Genel olarak, ultrasonik sensörler, optik prensiplerin güvenilir olamayacağı durumlarda nesne algılama için kullanılır.
Standart Hedef
Sensörün nominal algılama aralığını tanımlarken standart hedef, aşağıdaki boyutlardan birine sahip kare düz bir nesnedir:
- 15 x 15 mm (Sde 250 mm'ye kadar)
- 30 x 30 mm (Sde 1000 mm'ye kadar)
- 100 x 100 mm (Sde > 1000 mm)
Hedef, sensör eksenine dik olarak monte edilmelidir.
Hedef Boyutu
Güvenilir nesne algılamayı sağlamak için yansıtılan sinyalin sensör tarafından okunacak kadar güçlü olması gerekir. Sinyal yoğunluğu, algılanacak nesnenin boyutuna bağlıdır. Gerekli minimum boyuttaki veya daha büyük bir hedef kullanmak, tam tarama mesafesi Sd'ye ulaşılmasını sağlar.
Hedef Yüzeyi
Ses emici malzemelerin algılanması, maksimum algılama mesafesinde azalmaya neden olur. Ayrıca, nesnenin maksimum pürüzlülüğü 0.2 mm'yi aşmadığı sürece maksimum algılama mesafesi elde edilebilir.
Tipik Ses Emici Malzemeler:
- Köpük kauçuk
- Pamuk / yün / kumaş / keçe
- Çok gözenekli malzemeler
Ses Konisi Profilleri
Bu katalogdaki teknik özellik sayfalarında bulunan ses konisi profil tabloları, ultrasonik sensörler için aktif algılama alanlarını temsil eder. Tablolar, sensörün kısa menzilli açıklık açısını genişleten kısa menzilli ses yan loblarını gösterir. Ses emilimi ve hava difüzyonu nedeniyle loblar daha uzun mesafelerde azalır. Hedef algılamanın boyutu, şekli, yüzey özellikleri ve yönü, bir ultrasonik sensörün yan algılama bölgesinde büyük etkiye sahiptir. Ses konisi profilleri, tüm ürün ailesi için geçerlidir; örneğin, 100 - 1000 mm profili, aynı algılama aralığındaki tüm ilgili sensörler için temsil edicidir - dijital veya analog çıkışlar, vb.
Ölçüm Yöntemi
Tipik ses konisi profillerinin şeklini belirlemek için standart kare hedefler çelikten yapılır:
- 15 x 15 mm (Sde 250 mm'ye kadar)
- 30 x 30 mm (Sde 1000 mm'ye kadar)
- 100 x 100 mm (Sde > 1000 mm)
Hedefler, sensörün referans eksenine dik olarak yerleştirilir ve farklı mesafelerde yanlardan yaklaşılır. Ölçülen noktalar bir çizgi ile birleştirilerek ses konisi profili çizilir. Konik şekil, yuvarlak veya farklı şekilli nesneler algılandığında değişebilir.
Ultrasonik Retro-reflektif Sensörler
Tasarım ve İşleyiş
Retro-reflektif ultrasonik sensör, yakınlık sensörüne benzer şekilde çalışır. Sensör ile reflektör veya algılama mesafesi içindeki bir hedef arasındaki mesafe, yayılma süresi ölçülerek belirlenir. Herhangi bir ses yansıtıcı sabit nesne reflektör olarak kullanılabilir. Sensörün algılama mesafesi (Sd; sensörden reflektöre olan mesafe) sensörün potansiyometresi veya IO-Link (eğer sensörde bu özellik varsa) ile ayarlanabilir. Ultrasonik sinyalin ölçülen yayılma süresi sensörden reflektöre olan mesafeye karşılık geldiği sürece, sensörün çıkışı aktif olmayan durumda kalır. Bir hedef algılama alanına girdiğinde ve ses dalgası yayılma süresini değiştirdiğinde, sensör çıkış durumunu değiştirir. Bu, ses emici nesneler de dahil olmak üzere çoğu malzemenin algılanmasını sağlar.
Nesne Algılama
Standart Nesne/Reflektör
Standart hedef, sensör referans eksenine dik, kenar uzunluğu 30 mm (Sde > 1000 mm: 100 mm kenar uzunluğu, Sde ≥ 2500 mm: 300 mm kenar uzunluğu) olan kare, düz bir nesne olarak tanımlanır. Reflektör, iyi ses yansıtma özelliklerine sahip bir malzemeden yapılmalı ve en az hedef kadar büyük olmalıdır.
Yakın Mesafedeki Nesneler
Güvenilir algılama için, ses konisinin tamamen kaplanması ve reflektörden yankı gelmemesi gerekir. URDK 30 için gerekli nesne çapı en az 30 mm, URAM 50 için ise en az 100 mm olmalıdır.
İşletim Aralığının Geri Kalanında Nesneler
Güvenilir nesne algılamasını sağlamak için yansıtılan sinyalin yeterince güçlü olması gerekir. Yansıtılan sinyalin gücü, nesnenin boyutuna bağlıdır. Standart nesne veya daha büyük bir nesne için tam algılama mesafesi (Sd) kullanılabilir.
Avantajlar
- %100 ses emici malzemeler için bile kolay algılama
- Ses yansıtan nesnelerin güvenilir algılanması
- Standart nesneler için sensörün önünde kör bölge olmaması
Ultrasonik Bariyer Sensörleri
Tasarım ve Çalışma Prensibi
Bu senaryoda, verici ve alıcı ayrı muhafazalarda bulunur. Verici, alıcı tarafından alınan sürekli bir ses dalgası üretir. Ses dalgasını kesen bir nesne, alıcının tepki vermesine ve çıkış durumunu değiştirmesine neden olur.
Dahili bir potansiyometre veya IO-Link (mevcutsa) yardımıyla, kullanıcı iletilen ses dalgasının gücünü ayarlayabilir.
Çıkış aşamasının durumu ve sinyal yoğunluğu bir LED ile gösterilir.
Sonic Işın Açısı (α)
Sonic ışın açısı (α), ultrasonik bariyer sensörünün yaydığı konik ışının sınırlarını tanımlar.
Tekrarlanabilirlik
Sonic ışının dar açısı sayesinde, ardışık iki hedefin aynı koşullar altında anahtarlama noktasının tekrarlanabilirliği 3 mm'den daha iyidir.
Histerezis
Histerezis, çalışma noktası (S1) ile serbest bırakma noktası (S2) arasındaki farktır. Bir nesne sonic ışını keserse, çıkış sinyalini sıfırlamak için sinyal seviyesinin yaklaşık %75 artırılması gerekir. Bu sayede ardışık olarak gelen nesneler kolayca algılanabilir.
Ultrasonik Mesafe Sensörleri
Tasarım ve Çalışma Prensibi
Ultrasonik mesafe sensörlerinde, yayılan akım veya voltaj, algılanan nesnenin uzaklığına orantılıdır. Pulse-echo prensibine dayanarak, ölçülen mesafe değeri voltaj değeri olarak çıkış yapılır. Sensöre bağlı olarak, çıkış eğrisinin dikliği, uygulamanın gerektirdiği çözünürlüğe uygun şekilde, potansiyometre, teach-in veya qTeach ile ayarlanabilir. Uzun besleme hatlarının veya güçlü parazitlerin bulunduğu uygulamalarda, akım çıkışlı bir ultrasonik mesafe sensörünün kullanılması tavsiye edilir.
Ultrasonik sensörler nerelerde kullanılır?
Ultrasonik sensörler, sanayi uygulamalarında neredeyse her türlü algılama veya ölçüm görevleri için uygun, çok yönlü cihazlardır. Algılanacak nesneler katı, sıvı, granüler veya toz halinde olabilir. Bu sensörler, şeffaf veya yüksek parlaklıkta olan nesneleri, renk değiştiren nesneleri güvenilir bir şekilde algılar. Toza, dumana, sise karşı son derece dayanıklı olduklarından, zorlu çalışma ortamlarında proses güvenilirliğini olumsuz etkilemezler.
Uygulama çeşitliliği sayesinde, ultrasonik sensörler ambalaj, elektronik ve besleme teknolojisi gibi çeşitli sektörlerde kullanılır. Ultrasonik sensörlerin tipik uygulama örnekleri ve spesifik uygulamalardaki avantajlarını burada bulabilirsiniz.
Ultrasonik sensörlerin tipik uygulamaları:
Baumer ultrasonik sensörlerin faydaları hakkında daha fazla bilgi için aşağıdaki videoyu izleyin:
Paralel olarak birden fazla ultrasonik sensör kullanma ve karşılıklı girişimden kaçınma
Birden fazla ultrasonik sensörün paralel çalışmasında, karşılıklı girişim nedeniyle algılama hatalarını önlemek için aşağıdakileri dikkate alın:
- Mekansal düzenleme: Sensörleri yeterli mesafede ve farklı açılarda yerleştirin; gerekirse, sensörler arasında doğrudan girişimi en aza indirmek için ayırıcı duvarlar veya ses emici malzemeler kullanın.
- Elektronik sistem ve yazılım: Gelişmiş algoritmalar uygulayın ve her sensöre bir tanımlama kodu atayarak girişimi filtreleyin ve sistemin hedef sensörün verilerine yanıt vermesini sağlayın.
- Senkronizasyon ve saat: Zaman dilimleri veya senkronize tetikleme uygulayarak her sensörün veri iletim ve alımını belirli bir zaman aralığında yapmasını sağlayın.
Ultrasonik sensörlerin kurulumu
Ultrasonik sensörlerin profesyonel kurulumu, hassas mesafe ölçümü veya nesne algılama gibi çeşitli uygulamalarda optimum performans ve güvenilirlik için çok önemlidir. Ultrasonik sensörlerin kurulumu ve devreye alınması hakkında daha fazla bilgi edinin.
