Cosa fa un trasduttore a ultrasuoni?

• Trasduttori piezoelettrici: Sfruttando l’effetto piezoelettrico per ottenere la conversione elettrico-meccanico-acustica, i materiali comunemente utilizzati includono ceramiche a base di PZT, monocristalli piezoelettrici e materiali piezoelettrici polimerici. Grazie alla progettazione di strutture risonanti, è possibile sviluppare diversi tipi di trasduttori per mezzi gassosi, liquidi e scenari con accoppiamento solido, rendendo incredibilmente variegate le applicazioni dei trasduttori piezoelettrici. Si tratta di uno dei tipi più comunemente utilizzati nei sistemi a ultrasuoni industriali e di consumo, principalmente perché il processo di produzione è consolidato e sia i costi che l’integrazione possono essere ben controllati.
• Trasduttore elettromagnetico-acustico (EMAT): Genera onde elastiche superficiali o sub-superficiali tramite induzione elettromagnetica o forza di Lorentz. Viene utilizzato principalmente per i controlli a ultrasuoni dei materiali metallici ed è adatto a condizioni di alta temperatura, superfici rivestite o superfici ruvide. Tuttavia, la sua efficienza è relativamente bassa e richiede requisiti più elevati per i circuiti di pilotaggio e di ricezione.
• Trasduttori elettrostatici/capacitivi (come i CMUT): Realizzano la conversione elettroacustica attraverso le variazioni di capacità tra un diaframma mobile e un elettrodo. Sono adatti alle bande di frequenza più elevate e alle applicazioni in array, e la loro produzione si basa principalmente su processi di microfabbricazione. Sono comunemente utilizzati nei settori della medicina e dell’imaging ad alta risoluzione.
• Altre strutture speciali: Tra cui i modelli fotoacustici, magnetostrittivi, ecc., utilizzati principalmente in specifici contesti industriali o di ricerca e relativamente pochi.

• Estremità di trasmissione: Sotto l'azione del circuito di pilotaggio, genera un fascio ultrasonico con una determinata frequenza, pressione sonora e direttività, irradiandolo nell'area o nello spazio di destinazione da misurare.
• Destinatario: Converte i segnali ultrasonici riflessi, diffusi o ritrasmessi dal bersaglio o dalle interfacce del mezzo in segnali elettrici, per la successiva amplificazione, rilevamento ed elaborazione digitale.
• Sonde duplex/integrate: In alcune strutture, lo stesso elemento trasduttore svolge alternativamente le funzioni di trasmissione e ricezione, al fine di semplificare l'installazione meccanica e la calibrazione acustica.

1. L'interfaccia acustica front-end, che interagisce direttamente con il mezzo e l'ambiente oggetto di misurazione;
2. Un circuito chiuso costituito dallo stadio di pilotaggio di potenza, dal front-end di ricezione a basso rumore e dall'unità di elaborazione del segnale;
3. Una posizione determinante in cui le sue prestazioni acustiche e le caratteristiche elettriche determinano il campo di misura, la zona cieca, la risoluzione, la stabilità e la capacità di resistenza alle interferenze.

• Confronto con misurazione fotoelettrica/laser della distanza
  • I metodi ottici offrono un'elevata risoluzione e una risposta rapida, e sono adatti a bersagli con una buona riflettività superficiale.
  • La misurazione a ultrasuoni dipende in genere meno dal colore e dalla trasparenza della superficie del bersaglio rispetto al rilevamento ottico e spesso offre buoni risultati con polveri, liquidi, schiuma e alcuni materiali porosi. Tuttavia, le prestazioni variano comunque in base a fattori quali la geometria della superficie, la riflettività, la turbolenza/il flusso d’aria e i gradienti di temperatura, che possono influire sulla propagazione e sulla stabilità dell’eco.
  • In ambienti in cui sono presenti polvere, fumo, vapore o nebbia d'olio, i metodi a ultrasuoni risentono solitamente meno di quelli ottici; tuttavia, in condizioni di forte turbolenza o di gradienti di temperatura ripidi, le variazioni della velocità del suono e dell'indice di rifrazione possono influire in modo significativo sulla precisione della misurazione.
• Confronto con rilevamento tramite radar/onde millimetriche
  • Il radar è adatto a distanze maggiori e ad ambienti più complessi, ma i costi del sistema e la complessità di implementazione sono più elevati. In alcune applicazioni, a causa dell'elevata sensibilità del radar a microonde, lievi scossoni, vibrazioni o l'ingresso di oggetti estranei possono causare falsi allarmi.
  • Il rilevamento a ultrasuoni è più indicato per applicazioni a corto e medio raggio che richiedono un livello di precisione di tipo ingegneristico e presenta chiari vantaggi in termini di costi, complessità strutturale e difficoltà di messa in servizio e manutenzione.
  • Per la misurazione esterna del livello nei serbatoi metallici, in ambienti caratterizzati da forti interferenze elettromagnetiche o in condizioni operative estreme, il radar rappresenta solitamente la scelta più appropriata; per la misurazione convenzionale della distanza e il rilevamento del livello o del livello di materiale sfuso in spazi aperti, gli ultrasuoni offrono un miglior rapporto qualità-prezzo e una maggiore facilità di installazione.
• Confronto con i sensori a contatto (a galleggiante, di pressione, di pesatura, ecc.)
  • I sensori a contatto presentano una catena di misura breve e una scarsa dipendenza dalle proprietà acustiche del mezzo, ma devono essere a contatto diretto con il mezzo da misurare e sono facilmente soggetti a corrosione, contaminazione e usura meccanica.
  • Il rilevamento a ultrasuoni è un sistema senza contatto e presenta quindi dei vantaggi nella gestione di fluidi corrosivi o contaminanti e in applicazioni soggette a requisiti igienici (come il settore alimentare e quello farmaceutico).

Tenendo conto delle caratteristiche sopra descritte, i campi di applicazione tipici dei trasduttori a ultrasuoni comprendono:

• La distanza/portata varia solitamente da alcuni centimetri a poche decine di metri;
• In caso di precisione estremamente elevata, distanze molto lunghe o condizioni estreme quali forte convezione e temperature/pressioni elevate, è opportuno valutare le soluzioni a ultrasuoni insieme ad altre tecnologie;
• Negli scenari caratterizzati da condizioni superficiali complesse e mezzi variabili, ma in cui i costi e le condizioni di manutenzione sono fattori determinanti, la tecnologia a ultrasuoni rappresenta spesso una delle opzioni preferite.

• Processo di trasmissione (effetto piezoelettrico diretto)
  Quando agli elettrodi viene applicata una tensione di una certa ampiezza e frequenza, all’interno del materiale piezoelettrico si genera una deformazione meccanica che induce il trasduttore a vibrare e a irradiare onde sonore verso l’esterno attraverso la superficie vibrante anteriore.
• Processo di ricezione (effetto piezoelettrico inverso)
  Quando le onde ultrasoniche esterne agiscono sulla superficie vibrante del trasduttore, inducono una deformazione meccanica nel materiale piezoelettrico, che a sua volta genera un segnale elettrico variabile nel tempo tra gli elettrodi, realizzando così la conversione da energia acustica a energia elettrica.

• Frequenza centrale e caratteristiche spettrali
  Il trasduttore emette la pressione sonora massima in prossimità di una determinata frequenza, denominata frequenza centrale. Il segnale effettivamente trasmesso presenta una distribuzione spettrale a larghezza di banda finita: in presenza di un segnale impulsivo lo spettro risulta allargato, mentre con un'onda continua o una modulazione a banda stretta lo spettro è relativamente concentrato.
• Livello di pressione sonora ed efficienza di radiazione
  Questi fattori sono legati alla tensione di pilotaggio, alla larghezza dell’impulso di trasmissione, al coefficiente di accoppiamento elettromeccanico del trasduttore e all’adattamento acustico. Il livello di pressione sonora determina la portata utile e il rapporto segnale-rumore (SNR), ma una pressione sonora eccessivamente elevata può causare effetti non lineari o sottoporre la struttura a sollecitazioni.
• Direttività e angolo del fascio
  Le dimensioni della superficie vibrante, la frequenza di funzionamento e la struttura del front-end determinano l'angolo del fascio e le caratteristiche dei lobi laterali. Un angolo del fascio eccessivamente ampio tende a causare riflessioni multipath e riflessioni parassite, mentre un angolo del fascio eccessivamente stretto impone requisiti più rigorosi in termini di orientamento dell'installazione e precisione di allineamento.

• Sensibilità di ricezione
  Caratterizza la tensione o la corrente di uscita generata per unità di pressione sonora incidente ed è correlata alle proprietà del materiale piezoelettrico, alle dimensioni strutturali, alle caratteristiche di risonanza e all’adattamento del circuito.
• Rumore equivalente e segnale minimo rilevabile
  Il rumore di fondo del sistema è determinato congiuntamente dalla perdita meccanica del trasduttore stesso, dal rumore degli elettrodi e dei cavi e dal rumore del circuito amplificatore di ingresso.
• Risposta in tempo e in ampiezza
  Questi aspetti sono legati al fattore di qualità meccanico Q: un Q elevato contribuisce ad aumentare la sensibilità di picco, ma comporta un lungo retaggio; un Q basso garantisce una risposta più rapida e migliori caratteristiche dell'impulso, ma con una sensibilità di picco leggermente ridotta.

• Frequenza vs. portata
  • Frequenza più alta: La lunghezza d'onda si riduce, la risoluzione spaziale migliora e ciò favorisce l'individuazione di strutture sottili e bersagli di piccole dimensioni; tuttavia, le perdite dovute all'assorbimento e alla diffusione nel mezzo aumentano in modo significativo, con conseguente diminuzione della portata effettiva.
  • Frequenza più bassa: L'attenuazione di propagazione risulta ridotta e la distanza raggiungibile aumenta, rendendolo più adatto alle misurazioni a medio e lungo raggio; di conseguenza, la risoluzione spaziale diminuisce e il volume del trasduttore e le dimensioni strutturali devono solitamente essere maggiori.

Nell'aria:

• Le misurazioni generali su distanze brevi e medie utilizzano per lo più trasduttori con una frequenza di circa 40 kHz.
• Per distanze maggiori o applicazioni che richiedono una maggiore capacità di penetrazione, è possibile utilizzare ultrasuoni a frequenza più bassa.

In applicazioni specifiche che prevedono la “misurazione dell’energia” o il rilevamento ad alta frequenza, le configurazioni più comuni includono:

• Rilevamento della velocità e della direzione del vento: In genere si utilizzano frequenze intorno ai 200 kHz per ottenere una maggiore risoluzione temporale e una maggiore precisione di misura.
• Controllo dei materiali e delle caratteristiche: Per ottenere una risoluzione maggiore e una risposta dell'interfaccia più sensibile, si utilizzano solitamente frequenze di circa 300 kHz o superiori.
• Rilevamento del doppio foglio: Di solito si utilizzano 200 kHz o 300 kHz per distinguere le differenze nella trasmissione ultrasonica tra l'impilamento di un singolo foglio e quello di due fogli.
• Rilevamento dei bordi e guida del nastro: Si utilizza prevalentemente intorno ai 200 kHz, ottenendo una rilevazione stabile e garantendo al contempo un equilibrio tra velocità di risposta, risoluzione e ingombro.

• Frequenza vs. zona morta
  La durata dell'oscillazione del trasduttore e della struttura è correlata alla frequenza e al fattore di qualità (Q). Maggiore è la frequenza e più elevato è il fattore di qualità (Q), maggiore sarà la durata dell'oscillazione. Gli echi a breve distanza vengono facilmente sovrastati dall'oscillazione, ampliando così la zona morta.
• Angolo del fascio rispetto alla copertura spaziale
  • Un angolo di fascio più ampio consente di coprire un'area più estesa e rende meno rigidi i requisiti di orientamento dell'installazione, ma tende a generare un maggior numero di echi multipath e di segnali di fondo indesiderati.
  • Un angolo di fascio più stretto è vantaggioso per le misurazioni direzionali a lunga distanza e per la soppressione delle interferenze, ma impone requisiti più rigorosi in termini di orientamento dell'installazione e stabilità della posizione del bersaglio.
• Angolo del fascio rispetto alla gittata effettiva
  A parità di potenza di trasmissione e sensibilità di ricezione, quanto più concentrato è il fascio (angolo di fascio più stretto), tanto maggiore è l’energia acustica per unità di angolo solido e tanto migliore è il rapporto segnale-rumore dei segnali a lunga distanza. Tuttavia, in presenza di errori di allineamento o di posizioni instabili del bersaglio, un fascio eccessivamente stretto può causare fluttuazioni più marcate nell’ampiezza dell’eco.

• Sensibilità di trasmissione e sensibilità di ricezione
  • La sensibilità di trasmissione riflette la capacità di emissione della pressione sonora a una data tensione di pilotaggio o potenza elettrica.
  • La sensibilità di ricezione riflette l'ampiezza del segnale elettrico in uscita in presenza di una data pressione sonora incidente.
  L'elevata sensibilità contribuisce ad aumentare la portata e la capacità anti-interferenza, ma deve essere valutata tenendo conto anche della tensione nominale del circuito, della resistenza meccanica e del rischio di non linearità.
• Larghezza di banda e fattore di qualità (Q)
  • La larghezza di banda è definita come l'intervallo di frequenza effettivo del trasduttore entro una determinata soglia (ad esempio -3 dB) e determina la sua capacità di risposta a segnali costituiti da diverse componenti di frequenza.
  • Il fattore di qualità (Q) è correlato alla nitidezza del picco di risonanza e alle caratteristiche di oscillazione.
  Nella pratica ingegneristica, la maggior parte dei trasduttori ultrasonici accoppiati ad aria sono strutture a banda stretta, progettate per migliorare la sensibilità di trasmissione e ricezione in un punto di frequenza specifico; tuttavia, grazie alla progettazione degli impulsi di trasmissione e all’elaborazione del segnale, è possibile compensare in parte i limiti legati alla larghezza di banda ridotta.
• Rapporto segnale-rumore (SNR)
  La portata effettiva e la precisione di misurazione dipendono in larga misura dal rapporto segnale/rumore (SNR) del segnale di eco. I principali fattori che influenzano l'SNR includono:
  • Livello di pressione sonora in trasmissione e caratteristiche di riflessione del bersaglio;
  • Assorbimento, diffusione e interferenza multipath lungo il percorso di propagazione;
  • Sensibilità di ricezione del trasduttore e suo rumore intrinseco;
  • Prestazioni in termini di rumore e capacità anti-interferenza dell'amplificatore di ricezione e dei circuiti di filtraggio.
• Stabilità e ripetibilità
  La stabilità a lungo termine è strettamente correlata alle caratteristiche termiche, all’invecchiamento dei materiali, alla tenuta e ai processi di assemblaggio. Le variazioni di temperatura provocano variazioni della velocità del suono, una deriva della frequenza di risonanza e variazioni della sensibilità, che devono essere controllate attraverso la progettazione strutturale, algoritmi di compensazione o meccanismi di calibrazione.

Posizionamento funzionale tipico:

• Installazione fissa per effettuare la misurazione della distanza assoluta dall'oggetto bersaglio;
• Rilevamento dell'avvicinamento/allontanamento di pezzi o componenti della macchina;
• Sostituzione parziale degli interruttori fotoelettrici entro un determinato intervallo per il rilevamento di presenza e il posizionamento semplice.

• Rilevamento della posizione dei pezzi sulla linea di produzione e controllo dell'altezza della pila;
• Rilevamento della distanza e controllo anticollisione per pallet e scatole sulle linee di trasporto logistiche;
• Limite di spostamento e protezione di prossimità per i componenti mobili della macchina;
• Funzioni di base per l'evitamento degli ostacoli e il monitoraggio della distanza di sicurezza per robot o veicoli a guida automatica (AGV).

• Per le brevi distanze, si ricorre spesso a frequenze più elevate (ad esempio, 200–300 kHz) per ottenere una risoluzione e una precisione di misurazione maggiori;
• Per la misurazione generale delle distanze a breve e medio raggio, si utilizzano comunemente frequenze comprese tra 40 e 65 kHz, al fine di trovare un equilibrio tra portata e costo.

• Misurazione continua del livello in vari serbatoi e recipienti di stoccaggio;
• Monitoraggio del livello nei silos per materiali sfusi, nei silos per polveri e nei silos per materiali granulari;
• Controllo del livello/del livello dell'acqua nei sistemi di trattamento delle acque reflue e di approvvigionamento idrico/drenaggio;
• Allarme di livello alto/basso e controllo di processo in contenitori aperti o semi-aperti.

• Misurazione senza contatto, adatta a fluidi corrosivi, contaminati o di grado igienico;
• Installato sulla parte superiore o laterale del contenitore, di facile manutenzione e relativamente resistente alle variazioni delle proprietà del mezzo;
• Insensibile al colore e alla trasparenza, adatto alla misurazione delle superfici di liquidi, sospensioni e alcuni materiali sfusi.

• Misurazione della velocità e della portata d'aria nelle condotte del gas o nei condotti dell'aria;
• Monitoraggio della portata in canali a cielo aperto e condotte parzialmente chiuse (in combinazione con i dati relativi al livello/livello dell'acqua);
• Controllo della velocità e della portata dell'aria negli impianti di climatizzazione e ventilazione;
• Misurazione della velocità e della direzione del vento in applicazioni ambientali e meteorologiche (con configurazioni multicanale).

• Per rilevare la velocità e la direzione del vento si utilizza comunemente una banda di frequenza di circa 200 kHz, al fine di ottenere una maggiore risoluzione temporale e una maggiore precisione di misurazione;
• Nella misurazione della portata nelle tubazioni, i trasduttori sono spesso disposti in configurazione a fascio passante o inclinata per misurare la differenza di tempo tra i percorsi del suono nelle direzioni a valle e a monte.

Posizionamento delle funzioni:

• Rilevare se vengono alimentati due o più fogli di carta, pellicola, lamiera, ecc.;
• Prevenire problemi quali inceppamenti, danni agli stampi e scostamenti di registro nelle operazioni di stampa, stampaggio, taglio, confezionamento e in altri processi;
• Migliorare la stabilità della linea di produzione e ridurre gli sprechi di materiale e i tempi di fermo.

Caratteristiche tecniche:

• Selezione della frequenza:
  • I trasduttori a ultrasuoni con frequenze comprese tra circa 200 e 300 kHz sono comunemente utilizzati per migliorare la risoluzione in caso di piccole variazioni di spessore;
• Metodi di rilevamento:
  • Tipo di trasmissione: il trasmettitore e il ricevitore sono posizionati sui lati opposti del materiale. Si distingue tra fogli singoli e doppi in base alle variazioni dell'ampiezza e dell'energia del segnale trasmesso;
  • Tipo di riflessione: il trasmettitore e il ricevitore sono disposti sullo stesso lato, e per la determinazione si utilizza la differenza nell'assorbimento e nell'attenuazione del segnale riflesso da parte del materiale.
• Principio di determinazione:
  • Utilizzare un singolo foglio come riferimento, calibrandone il segnale caratteristico;
  • Durante il rilevamento online, confrontare l'ampiezza del segnale, l'inviluppo o altri parametri caratteristici con la soglia impostata per determinare se si tratta di un foglio doppio o multiplo.

Posizionamento delle funzioni:

• Realizzare il rilevamento online dei bordi del nastro e la guida automatica dei bordi per garantire che il materiale scorra in modo stabile lungo la traiettoria impostata;
• Utilizzato nei processi di avvolgimento, rivestimento, stampa, taglio longitudinale, laminazione e altri processi per evitare deviazioni, grinze e danni ai bordi;
• Migliorare la qualità estetica e l'uniformità dimensionale dei prodotti e ridurre il tasso di scarti.

Caratteristiche tecniche:

• Selezione della frequenza:
  • I trasduttori a ultrasuoni con frequenza di circa 200 kHz vengono solitamente utilizzati per ottenere un’elevata risoluzione spaziale e una buona stabilità;
• Metodo di rilevamento:
  • Si ricorre prevalentemente a una struttura a fascio passante. Quando il bordo della striscia si sposta all’interno del fascio sonoro, provoca variazioni nell’energia del segnale ricevuto e nell’area effettiva;
• Segnali e comandi:
  • Trasmettere segnali di posizione analogici o digitali al controller di guida laterale;
  • Il controllore di guida dei bordi aziona l'attuatore in base all'entità della deviazione per realizzare un controllo di correzione dei bordi a circuito chiuso.

Posizionamento delle funzioni:

• Distinguere tra materiali o caratteristiche tecniche diversi, quali diversi tipi di carta, pellicole di plastica, materiali compositi, metalli e non metalli, ecc.;
• Contribuire a stabilire se un materiale soddisfi i requisiti dei processi o dei prodotti successivi, facilitando la selezione e la classificazione;
• Nelle applicazioni relative ai robot aspirapolvere, viene utilizzato per distinguere tra tappeti, pavimenti in legno, marmo e altri tipi di pavimentazione. Ciò costituisce la base per strategie di pulizia adattive quali la regolazione della potenza di aspirazione, la velocità della spazzola a rullo e il volume dell’acqua utilizzata per il lavaggio. Il principio di base consiste nell’identificare il tipo di materiale confrontando il grado di attenuazione dell’energia dell’eco ultrasonico riflessa dalle diverse superfici del pavimento.

Caratteristiche tecniche:

• Selezione della frequenza:
  • Di norma si utilizzano bande di frequenza pari o superiori a 300 kHz per migliorare la sensibilità alle sottili differenze strutturali e di interfaccia;
• Metodi di rilevamento:
  • Tipo riflettente: Analizzare il tempo di eco, l’ampiezza e le caratteristiche della forma d’onda provenienti dalle superfici e dalle interfacce interne. Nei robot aspirapolvere, l’attenzione è rivolta alla valutazione basata sull’ampiezza e sull’attenuazione dell’eco di riflessione dal pavimento: tappeti e moquette assorbono una maggiore quantità di energia ultrasonica e presentano un’attenuazione dell’eco più marcata; i pavimenti in legno presentano un’attenuazione media; le superfici dure e dense, come il marmo, riflettono con maggiore intensità e presentano un’attenuazione minore;
  • Tipo di trasmissione: Confrontare le differenze relative all'attenuazione della trasmissione ultrasonica, al cambiamento di fase, ecc., tra materiali diversi;
• Metodi di determinazione:
  • Estrarre parametri caratteristici quali l'ampiezza dell'eco, il tempo di arrivo, la distribuzione spettrale e l'energia;
  • Utilizzare i dati di calibrazione per impostare soglie o intervalli caratteristici al fine di identificare e distinguere materiali/stati diversi. Nel caso dei robot aspirapolvere, questi vengono ulteriormente associati a tipi di pavimento quali moquette/tappeti, pavimenti in legno e marmo, per attivare le modalità di pulizia corrispondenti.

Domanda 1: Che cos’è un trasduttore a ultrasuoni e come funziona?

• A1: Un trasduttore a ultrasuoni è il componente principale che converte l’energia tra segnali elettrici e onde ultrasoniche. Nelle applicazioni industriali, i trasduttori piezoelettrici sono i più diffusi. Funzionano in base all’effetto piezoelettrico: durante la trasmissione, una tensione elettrica applicata provoca la deformazione meccanica della ceramica piezoelettrica, che emette onde sonore ultrasoniche. Durante la ricezione, quando l’eco ultrasonico di ritorno colpisce la superficie del trasduttore, la vibrazione meccanica viene riconvertita in un segnale elettrico che il sistema di sensori può elaborare.

Domanda 2: Quali sono i vantaggi dei sensori a ultrasuoni rispetto ai sensori fotoelettrici o radar?

• A2: Rispetto ai sensori fotoelettrici (ottici), i sensori a ultrasuoni sono generalmente meno sensibili al colore della superficie del bersaglio, alla sua trasparenza e alle condizioni di illuminazione, il che li rende particolarmente adatti alle applicazioni che coinvolgono liquidi o vetro. Rispetto ai sensori radar, le soluzioni a ultrasuoni presentano spesso un miglior rapporto costo-prestazioni per le misurazioni a corto e medio raggio e possono essere più facili da integrare in molti sistemi industriali. Detto questo, i sensori a ultrasuoni possono comunque essere influenzati da forti correnti d’aria, turbolenze e forti gradienti di temperatura (che modificano la velocità del suono e la stabilità dell’eco). In tali ambienti difficili, il radar può rivelarsi più robusto a seconda dei requisiti specifici del sistema.

Domanda 3: Come faccio a scegliere la frequenza del trasduttore a ultrasuoni più adatta alla mia applicazione?

• A3: In generale, la frequenza del trasduttore influisce sul compromesso tra risoluzione e portata effettiva. I trasduttori ad alta frequenza (ad es. 200 kHz – 300 kHz o superiori) spesso offrono una migliore risoluzione spaziale per attività a breve distanza quali il rilevamento di doppio foglio, la guida dei bordi e il riconoscimento dei materiali. I trasduttori a frequenza più bassa (ad es. 40 kHz – 65 kHz) di solito subiscono una minore attenuazione nell’aria e possono essere più adatti per applicazioni a medio-lungo raggio, come la misurazione del livello del liquido nei serbatoi e l’evitamento di ostacoli. Tuttavia, la portata effettiva utilizzabile dipende comunque dalla struttura del trasduttore, dall’angolo del fascio, dall’installazione e dall’elaborazione del segnale; si raccomanda quindi di verificare le specifiche riportate nella scheda tecnica e di effettuare test sul campo.

Domanda 4: Quali sono le applicazioni tipiche dei trasduttori a ultrasuoni?

• A4: I trasduttori a ultrasuoni trovano ampio impiego in diversi settori industriali. Tra le applicazioni più comuni figurano le operazioni di misurazione della distanza e di posizionamento, come la prevenzione delle collisioni nei veicoli a guida automatica (AGV), il monitoraggio continuo del livello di liquidi e solidi nei serbatoi industriali e la misurazione della portata nelle condutture. Vengono inoltre utilizzati per il rilevamento di energia e stato, ad esempio per identificare materiali sovrapposti (rilevamento di doppio foglio) nella stampa, per la guida del bordo del nastro nel settore dell’imballaggio e per il riconoscimento del tipo di pavimento (ad es. moquette o pavimento duro) nei robot aspirapolvere intelligenti.

D5: Che cos’è la “zona morta” (punto cieco) di un sensore a ultrasuoni e da cosa è causata?

• A5: La zona morta (punto cieco) è l’area minima davanti al sensore in cui gli echi di ritorno potrebbero non essere rilevati in modo affidabile. È causata principalmente dal “ringing” del trasduttore (la vibrazione meccanica che persiste per un breve istante dopo l’impulso di trasmissione). In molti sistemi, il ricevitore viene inoltre protetto o temporaneamente disattivato subito dopo la trasmissione (soppressione/commutazione), per cui gli echi deboli in campo vicino possono essere mascherati. Le dimensioni della zona morta dipendono dal design del trasduttore, dalla frequenza operativa, dal fattore di qualità meccanico/elettrico (Q), dall’ampiezza dell’impulso di trasmissione e dalla strategia del front-end di ricezione. In pratica, si raccomanda di verificare la zona morta in base alla geometria dell’installazione e alle condizioni del bersaglio.