Kennis van ultrasone sensoren (deel 1): technologie en functionaliteit in een notendop

Hoogontwikkelde ultrasoontechnologie vormt de fundering voor ruime toepasbaarheid op het vlak van meten. Het onderliggende werkingsprincipe is gebaseerd op de contactloze detectie van objecten en de meting van hun afstand van de ultrasone sensor. Afhankelijk van het type sensor kunnen deze afstanden enkele centimeters tot 10 meters bedragen. De sensor zendt ultrasone geluidspulsen uit die vervolgens door een object worden teruggekaatst.

Het gegenereerde echosignaal wordt opgevangen door de ultrasone sensor en omgezet in een elektrisch signaal met behulp van een piëzo-elektrische omvormer. Dit staat bekend als de propagatietijd van geluid. De sensor meet het tijdsverloop tussen de verzonden ultrasone geluidspuls en het teruggekaatste echosignaal en berekent de afstand tot het object met behulp van de geluidssnelheid. Bij kamertemperatuur bedraagt de geluidssnelheid in lucht ongeveer 344 m/s.

Het meetbereik van een ultrasone sensor hangt af van de oppervlaktekenmerken en hoek van het object. De langste detectiebereiken worden gecreëerd met objecten met een plat oppervlak (standaard reflector) die in een rechte hoek tegenover de sensoras zijn gepositioneerd. Zeer kleine objecten of objecten die het geluid gedeeltelijk doen afwijken, zullen het meetbereik reduceren. Objecten met een glad oppervlak moeten zo dicht mogelijk aan een hoek van 90° worden gepositioneerd. Ruwe oppervlakken kunnen grotere hoekafwijkingen tolereren.

Er moet ook rekening worden gehouden met mogelijke omgevingsinvloeden. De voornaamste invloed op de nauwkeurigheid van een ultrasone sensor is de luchttemperatuur. De ultrasone sensoren van Pepperl+Fuchs zijn voorzien van temperatuurcompensatie-circuits om temperatuursinvloeden op de sensoruitgang te elimineren. Daarnaast moeten ook relatieve vochtigheid en luchtdruk in aanmerking worden genomen.