I. Введение
Ультразвуковые датчики широко используются в промышленной автоматизации для измерения расстояния, определения уровня, распознавания материалов и обхода препятствий. Хотя все они основаны на одном и том же фундаментальном принципе - использовании высокочастотных звуковых волн для обнаружения объектов - их конструкции сильно различаются в зависимости от требований приложения.
С точки зрения селекции задача не простая:
“Какой ультразвуковой датчик лучше?”
а скорее:
“Какой ультразвуковой датчик лучше всего подходит для данного конкретного применения?”
- Рабочая частота (малая дальность / высокая частота против большой дальности / низкой частоты)
- Тип выхода (коммутационный, аналоговый, цифровой или настраиваемый мультивыход)
- Режим обнаружения (диффузное отражение, сквозной луч или определение материала)
- Сценарий применения (измерение уровня, приближение, ведение полотна, обход препятствий AGV, классификация материалов и т.д.)
- Измерение 1: Рабочая частота
- Измерение 2: Тип выходного сигнала
- Измерение 3: Режим обнаружения
- Измерение 4: Сценарий применения
В рамках этой концепции мы также рассмотрим типичные типы ультразвуковых преобразователей и промышленные конструкции датчиков, подчеркивая, как выбор на уровне преобразователя (частота, характеристики луча) влияет на производительность и компромиссы на уровне системы.
II. Измерение 1: По рабочей частоте
При сравнении различных типов ультразвуковых датчиков одним из основных параметров, определяющих производительность, является рабочая частота.
С точки зрения Ультразвуковой преобразователь Большинство воздушных промышленных датчиков используют любой из этих типов:
низко- и среднечастотный диапазон (обычно около 40-120 кГц), или высокочастотный диапазон (обычно около 180-400 кГц, с 200, 300 и 400 кГц в качестве ключевых рабочих точек).
Эти диапазоны ведут себя совершенно по-разному с точки зрения дальности, разрешения, ширины луча и времени отклика.
1. Стандартная низкая частота: 40 кГц - 120 кГц
1.1 Физические характеристики
- Большая длина волны
Волна 40 кГц в воздухе имеет относительно большую длину волны, что обеспечивает сильную дифракцию звукового поля и сравнительно широкий луч. - Низкое затухание в воздухе
Акустическая энергия на частотах 40-80 кГц поглощается воздухом меньше, чем на более высоких частотах, что позволяет увеличить расстояние измерения. - Хорошее проникновение
Волна может “видеть” сквозь пыль, туман и легкую дымку лучше, чем оптические системы, и меньше страдает от небольшой турбулентности.
С точки зрения конструкции преобразователей ультразвуковых датчиков, этот диапазон идеально подходит для применения в системах общего назначения, с большой дальностью действия и надежностью, где абсолютная дальность и стабильность важнее предельной точности.
1.2 Типичные реализации преобразователей
- Преобразователи открытого типа с частотой 40 кГц
- Используется во многих классических датчиках расстояния и детекторах присутствия.
- Подходит для чистых и слабозапыленных помещений.
- Герметичные / герметичные преобразователи 40-120 кГц
- Используется там, где ожидаются брызги, масло или загрязнения.
- Используется в резервуарах, пищевых продуктах и напитках, а также на открытом воздухе.
- Во многих промышленных датчиках уровня используются такие частоты, как 65 кГц, 75 кГц или 112 кГц, что позволяет достигать расстояния измерения до нескольких метров.
Эти акустические сердечники обычно встраиваются в:
- Датчики расстояния и уровня 3-6 м для больших резервуаров, силосов, бункеров и длинных секций конвейеров, часто с использованием датчиков 65-112 кГц (например, 3 м при 112 кГц, 4 м при 75 кГц, 6 м при 65 кГц).
- Модули дальнего обнаружения препятствий и присутствия, включая датчики предотвращения препятствий для AGV на частоте около 58 кГц, где требуется надежное обнаружение на расстоянии нескольких метров.
В некоторых конструкциях один элемент попеременно выполняет роль передающего и принимающего (приемопередатчик); в других для улучшения соотношения сигнал/шум используются специальные передающий и принимающий элементы. Передающий элемент иногда называют передатчиком ультразвукового преобразователя, особенно в системах со сквозным лучом.
1.3 Преимущества
- Большой диапазон измерений
Дальности до 6 м и более достижимы при использовании соответствующих целей и конструкции датчика. - Широкий охват
Более широкий луч полезен, когда положение цели не фиксировано (например, сыпучие материалы или объекты неправильной формы). - Устойчивость к перекосам
Установка сравнительно щадящая; небольшие угловые погрешности часто допустимы. - Экономически эффективный
Развитое производство и большие объемы помогают контролировать общую стоимость, подобно тому, как дизайнеры сравнивают стоимость ультразвукового датчика или цену ультразвукового датчика при выборе между различные медицинские ультразвуковые датчики.
1.4 Ограничения
- Умеренное разрешение
Большая длина волны ограничивает возможность точного разрешения расстояния, особенно на очень коротких дистанциях. - Большая слепая зона
Опускание кольца после возбуждения может привести к относительно большому минимальному расстоянию измерения. - Не идеально подходит для очень тонких или близко расположенных целей
Различение тонких листов, небольших воздушных зазоров или незначительных изменений положения является сложной задачей при использовании низкочастотных волн.
Если в спецификациях упоминается необходимость обнаружения тонких пленок, отдельных листов, очень малых изменений смещения или миллиметровой точности на малом расстоянии, это обычно свидетельствует о том, что следует рассмотреть ультразвуковые датчики более высокой частоты.
2. Прецизионная высокая частота: 160 кГц - 400 кГц
Высокочастотные ультразвуковые преобразователи в диапазоне 160-400 кГц образуют отдельное семейство типов ультразвуковых преобразователей. Они оптимизированы для решения задач малой дальности и высокой точности, а не для покрытия больших расстояний.
Типичные рабочие точки в этом диапазоне - 160 кГц, 200 кГц, 300 кГц и 400 кГц, которые используются в датчиках уровня малого радиуса действия, бесконтактных выключателях, устройствах для определения коррекции краев полотна, а также в устройствах для определения материала.
2.1 Физические характеристики
- Гораздо более короткая длина волны
Обеспечивает более тонкое пространственное разрешение и более точное измерение времени полета. - Более узкий угол луча
Звуковое поле более плотно сфокусировано, что улучшает направленность и уменьшает помехи от объектов, расположенных вне оси. - Более быстрая реакция
Более короткие акустические циклы и уменьшение звонков делают возможной высокую скорость обновления.
Это те же физические причины, по которым в медицинской визуализации линейный ультразвуковой датчик выбирается для получения изображений высокого разрешения неглубоких структур, в то время как для более глубокого проникновения используются более низкие частоты. В промышленном зондировании используются более простые одноэлементные головки вместо сложных массивов изображений, но частотные компромиссы очень похожи.
2.2 Почему именно 200 кГц?
В диапазоне около 200 кГц (включая близкие значения, такие как 160 кГц) высокоточное определение расстояния и присутствия в воздухе становится очень привлекательным, при этом затухание и прочность остаются приемлемыми. В этой полосе часто используются как прямоугольные ультразвуковые датчики для направления края полотна на частоте 160 кГц, так и круглые ультразвуковые датчики для направления края полотна на частоте 200 кГц, которые используются в датчиках для направления полотна и коррекции края.
- Точность на миллиметровом уровне при малой дальности
На расстояниях менее 1 м частота 160-200 кГц обеспечивает значительно лучшее разрешение, чем 40 кГц, что делает ее пригодной для точного измерения расстояния и бесконтактного переключения. В системах направляющих полотна прямоугольный ультразвуковой датчик для обнаружения кромки с частотой 160 кГц или круглый ультразвуковой датчик для обнаружения кромки с частотой 200 кГц могут распознавать небольшие боковые перемещения кромки или полосы полотна, обеспечивая точное управление направляющими. - Высокая частота обновления
Быстрые акустические циклы обеспечивают высокую частоту повторения измерений, что важно для динамичных процессов или движущегося оборудования. Это особенно ценно в системах направления кромки, где ультразвуковой датчик направления полотна должен быстро обновлять положение кромки, чтобы сохранить центрирование полотна. - Сбалансированный компромисс
По сравнению с еще более высокими частотами, такими как 300-400 кГц, в 200 кГц наблюдается меньшее затухание в воздухе, что позволяет несколько увеличить полезное расстояние или повысить маржу в менее идеальных условиях. Для обнаружения краев и направления полотна этот баланс помогает прямоугольному датчику 160 кГц и круглому датчику 200 кГц сохранять сильные и стабильные эхо-сигналы даже в присутствии воздушных потоков, пыли или паров вблизи полотна.
- Датчики уровня и расстояния малого радиуса действия Например: датчики 0,35 м с использованием преобразователей с частотой около 200 кГц, датчики 0,5 м с использованием преобразователей с частотой 160-200 кГц и датчики 1 м с использованием преобразователей с частотой 200 кГц в компактных резервуарах или технологическом оборудовании.
- Бесконтактные выключатели малого радиуса действия (отдельные варианты)
Например, в ультразвуковых бесконтактных датчиках с расстоянием 0,25 м можно использовать преобразователи с частотой 200 кГц, когда важно точное расстояние приближения, а металл, пластик или другие материалы должны распознаваться стабильно. - Высокоточные измерения положения
В устройствах позиционирования или контрольных установках, где изменения в миллиметрах существенны. - Обнаружение и ведение краев веб-страниц
В системах направления полотна и коррекции краев для пленок, бумаги, фольги, нетканых материалов или электродов аккумуляторов, 160 кГц прямоугольный и круглые ультразвуковые преобразователи для обнаружения краев с частотой 200 кГц используются в качестве чувствительных головок в ультразвуковых датчиках для направления полотна. Прямоугольная конструкция с частотой 160 кГц помогает сформировать звуковое поле для линейного покрытия краев, а круглая конструкция с частотой 200 кГц обеспечивает компактный, симметричный луч для стандартных установок для определения краев. - Приборы для измерения скорости и направления ветра
Многие ультразвуковые анемометры используют частоту около 200 кГц. Элементы ультразвукового преобразователя для измерения времени полета по нескольким траекториям. В таких случаях каждый акустический тракт формируется парой тщательно подобранных элементов, концептуально схожих с парой преобразователей ультразвуковых расходомеров, используемых для измерения потока газа или жидкости.
Источник изображения：CIAO
2.3 Почему именно 300 кГц?
На частоте около 300 кГц фокус смещается от “общей точности” к чрезвычайной чувствительности к малым изменениям толщины или зазора и свойств материала.
- Обнаружение очень тонких материалов
Более короткая длина волны позволяет акустической системе определять небольшие изменения в толщине листа или наличие крошечного воздушного зазора. - Высокая чувствительность к изменениям акустического импеданса
Небольшие различия в материале или слоях вызывают измеримые изменения в передаваемом или отраженном сигнале. - Очень узкий луч и локализованное взаимодействие
Звуковое поле взаимодействует с четко очерченным пятном, которое идеально подходит для различения отдельных слоев или краев.
Легко идентифицирует бумагу, пленку, кремниевые пластины, липкую ленту, листы литиевых батарей и печатные платы
- Обнаружение двойного листа (сквозной луч / проекционный режим)
Высокочастотный передатчик и приемник расположены друг напротив друга. Принимаемый сигнал заметно отличается друг от друга:- без листа
- один лист
- двойной лист
- Распознавание и сортировка материалов
В режиме обнаружения материалов частота 300 кГц позволяет различать материалы по тому, как они поглощают или отражают звук - это полезно для различения бумаги, пластика, металла или композитных стопок. Этот рабочий диапазон обычно используется в датчиках обнаружения материалов. - Высокоточное бесконтактное переключение (отдельные версии)
Например, в ультразвуковых бесконтактных датчиках с расстоянием 0,5 м могут использоваться преобразователи с частотой 300 кГц, что позволяет добиться очень маленькой "мертвой зоны" и узкого, четко очерченного поля обнаружения.
Эти задачи иллюстрируют, почему из множества доступных типов ультразвуковых преобразователей высокочастотные датчики выбираются в тех случаях, когда необходимо контролировать тонкие, быстро движущиеся или слоистые материалы, или когда требуется высокоточное обнаружение присутствия на малом расстоянии.
3. Резюме: выбор между низкой и высокой частотой
- Используйте низкие и средние частоты (около 40-120 кГц), когда:
- Вам нужна большая дальность действия (до нескольких метров в воздухе, например, измерение уровня 3-6 м).
- Цели относительно большие или неравномерные (например, сыпучие материалы, поддоны, большие цистерны).
- Установка должна быть щадящей, с более широким охватом луча.
- Экономичное и надежное решение важнее, чем высокая точность.
- Типичные примеры включают Датчики уровня 3-6 м (65-112 кГц) и Датчики предотвращения препятствий для AGV (58 кГц).
- Используйте высокие частоты (около 180-400 кГц, обычно 200-300 кГц), когда:
- Вам требуются высокоточные измерения малого радиуса действия, часто в пределах 0,15-1 м.
- Необходимо обнаружить тонкие листы, небольшие зазоры или тонкие различия в материале (обнаружение двойного листа, ведение края, определение материала).
- Контроль луча и узкие звуковые поля необходимы в условиях ограниченного пространства или сложной механики.
- Процессы требуют быстрой скорости обновления и быстрого реагирования.
- Типичные примеры включают:
- Датчики уровня малого радиуса действия (0,15-1 м) с использованием преобразователей 200-400 кГц (например, 0,15 м при 400 кГц, 0,35-1 м при 200 кГц),
- Ультразвуковые датчики приближения (0,15-0,5 м), использующие частоту 200-400 кГц (например, 0,15 м при 400 кГц, 0,25 м при 200 кГц, 0,5 м при 300 кГц), и
- Чувствительность к материалу 300 кГц и датчики обнаружения двойного листа/края.
В реальных проектах обычно сначала выбирают рабочую частоту, а затем сочетают ее с подходящим режимом обнаружения и конфигурацией выхода.
III. Измерение 2: по выходному сигналу
Если рабочая частота определяет то, что ультразвуковой датчик может “увидеть”, то выходной сигнал определяет, насколько легко он может взаимодействовать с вашей системой. На практике многие проблемы выбора возникают не из-за принципа работы датчика, а из-за несоответствия выходных сигналов: датчик выдает один тип сигнала, а ПЛК или контроллер ожидает другого.
- 1. Коммутирующий выход (NPN / PNP)
- 2. Аналоговый выход (4-20 мА / 0-10 В)
- 3. Цифровой выход (последовательный RS485 / уровень TTL)
- 4. Все в одном, интегрированные конструкции с несколькими выходами
Эти категории применимы ко многим типам ультразвуковых датчиков, независимо от того, является ли внутренний ультразвуковой преобразователь низкочастотным или высокочастотным.
1. Переключающий выход: NPN / PNP
1.1 Функция
Переключаемый выход превращает датчик в двоичный детектор: он сообщает, присутствует ли цель в пределах определенного окна или порога. В этом режиме датчик внутренне измеряет расстояние, но выдает только сигнал ON/OFF.
- NPN выход: датчик притягивает выходную линию к земле, когда активен (тонет).
- PNP выход: при активном состоянии датчик подключает выходную линию к положительному питанию (sourcing).
Они работают как цифровые входы для ПЛК или микроконтроллеров и широко используются в простых задачах автоматизации.
1.2 Типичные случаи использования
- Определение положения и присутствия
- Определение того, достиг ли объект контрольной точки.
- Проверка наличия паллеты или прибытия коробки на станцию.
- Подсчет и контроль пропускной способности
- Подсчет товаров на конвейере, бутылок, поступающих на розлив, или деталей, проходящих контроль качества.
- Функции сигнализации или ограничения
- Срабатывание сигналов тревоги, когда уровень превышает (или опускается ниже) заданный порог.
На многих предприятиях это наиболее привычный способ использования ультразвукового датчика, поскольку он напрямую заменяет механический концевой выключатель или фотоэлектрический датчик.
1.3 Указания по выбору
- Проверьте тип входного сигнала ПЛК
Выберите NPN или PNP в соответствии с существующим стандартом системы управления. - Рассмотрим гистерезис и оконные режимы
Некоторые датчики позволяют разделять точки “включения” и “выключения” или определять окна, что повышает стабильность и предотвращает дребезжание. - Думайте не только о расстоянии
Даже высокочастотный датчик, используемый для обнаружения двойного листа, может обеспечивать переключаемые выходные сигналы (например, “двойной лист присутствует/не присутствует”), несмотря на то, что он основан на прецизионном ультразвуковом датчике.
2. Аналоговый выход: 4-20 мА / 0-10 В
2.1 Функция
- Токовый выход 4-20 мА
- Промышленный стандарт для надежной передачи данных по длинным кабельным линиям.
- Менее чувствительны к перепадам напряжения и электрическим помехам.
- Выход напряжения 0-10 В
- Простой интерфейс с аналоговыми входами многих ПЛК и DAQ.
- Лучше подходит для кабелей малой длины и малошумных сред.
Внутри датчик преобразует измерения времени полета ультразвукового датчика в масштабированное аналоговое значение в определенном диапазоне.
2.2 Типичные случаи использования
- Непрерывный контроль уровня
- Резервуары с жидкостями или гранулированными материалами, где системе управления необходим фактический уровень (а не просто сигнал тревоги о высоком/низком уровне).
- Управление процессом на основе расстояния
- Поддержание определенного зазора между инструментом и поверхностью.
- Регулировка механизма на основе измеренного расстояния или толщины.
- Контроль натяжения и положения
- В процессах обработки полотна или рулонов, где положение или диаметр петли полотна должны поддерживаться в заданном диапазоне.
Источник изображения：Пепперль+Фукс
2.3 Указания по выбору
- Соответствие диапазона измерений потребностям процесса
Не выбирайте сенсор с очень большим диапазоном, если вы используете только небольшую часть - эффективное разрешение будет страдать. - Выбор между током и напряжением
- Используйте 4-20 мА там, где важны электромагнитная совместимость и длина кабеля.
- Используйте 0-10 В там, где проводка коротка и проста, а контроллер находится рядом.
- Учитывайте время отклика и фильтрацию
Аналоговые выходы могут быть отфильтрованы или усреднены - проверьте, соответствует ли частота обновления динамике процесса.
Аналоговые выходы актуальны как для низкочастотных датчиков уровня, так и для высокочастотных устройств малого радиуса действия, особенно там, где требуется точное, непрерывное измерение, а не простой сигнал "прошел/не прошел".
3. Цифровой выход: RS485 / TTL
3.1 Функция
- RS485
- Дифференциальный, прочный и помехоустойчивый.
- Поддерживает многоточечные сети и большие расстояния между кабелями.
- Часто используется с MODBUS или собственными последовательными протоколами.
- Последовательный логический уровень, подходящий для прямого подключения к микроконтроллерам, встроенным платам или пользовательской электронике.
- Обычно используется на коротких расстояниях внутри устройств или панелей.
Внутренняя электроника датчика выполняет синхронизацию, обработку и преобразование данных и отправляет цифровое представление измерений, а также дополнительные диагностические данные.
3.2 Типичные случаи использования
- Интеграция в интеллектуальные устройства и роботов
- Сервисные роботы, AGV и специализированная техника, где микроконтроллер управляет несколькими ультразвуковыми датчиками и другими сенсорами.
- Подключение к промышленным сетям
- Датчики, входящие в состав распределенной системы мониторинга, например, нескольких уровней в резервуарах или расстояний, подключенных по RS485.
- Индивидуальные приборы
- Научно-исследовательские установки, испытательные стенды или приборы, где инженеры хотят иметь полный доступ к измерениям с временными метками и потенциально необработанным данным.
В этом контексте инженеры часто рассматривают ультразвуковые головки как строительные блоки - подобно выбору между различными ультразвуковыми преобразователями или вариантами типов ультразвуковых датчиков - и встраивают их в более крупные интеллектуальные системы.
3.3 Указания по выбору
- Проверьте протокол и адресацию
Убедитесь, что цифровой протокол датчика поддерживается ПЛК, МПК или встроенным контроллером. - Учитывайте длину кабеля и уровень шума
RS485 подходит для больших расстояний и более напряженной обстановки; TTL лучше всего использовать в компактных корпусах. - Посмотрите на диагностические признаки
Некоторые цифровые датчики предлагают температурную компенсацию, индикаторы качества сигнала или коды ошибок, выходящие за пределы измеряемого расстояния.
Цифровые выходы особенно привлекательны там, где важна долгосрочная гибкость: можно обновлять встроенное программное обеспечение, несколько датчиков могут совместно использовать шину, а более сложная логика может быть реализована программно, а не с помощью жестких проводов.
4. Интегрированный выход "все в одном
4.1 Концепция
- Коммутационные выходы (NPN / PNP)
- Аналоговые выходы (4-20 мА и/или 0-10 В)
- Цифровые последовательные выходы (например, уровень TTL)
В этой архитектуре ультразвуковой датчик и аппаратные средства обработки сигнала остаются неизменными. Меняется только встроенное программное обеспечение и конфигурация, которые определяют, как обработанное измерение будет представлено на выходе.
Используя конфигуратор на базе ПК или программное обеспечение для последовательного порта, пользователь может обновлять программу датчика и переключать устройство между различными режимами вывода (например, с коммутационного выхода на аналоговый или на цифровой последовательный выход) без замены физического датчика.
- Серия "все в одном" не обеспечивает одновременное параллельное управление всеми типами выходов.
- Вместо этого он предоставляет гибкую платформу, в которой поведение активного выхода может быть выбрано через последовательный интерфейс в соответствии с реальными требованиями системы управления.
В дополнение к этим моделям, конфигурируемым с помощью встроенного программного обеспечения, некоторые продукты предлагают аппаратные средства с двойным выходом, где два определенных выхода могут работать одновременно (например, коммутация + аналог или коммутация + TTL), в зависимости от встроенной электроники. Поскольку аппаратное обеспечение фиксировано, каждый вариант с двойным выходом поддерживает только два указанных типа сигналов, хотя точная комбинация аппаратного обеспечения может быть настроена перед поставкой.
4.2 Преимущества
- Сокращение количества SKU и управление запасными частями
Единая аппаратная платформа датчика может быть настроена на коммутацию, аналоговый или цифровой выход в зависимости от необходимости. Это сокращает количество различных номеров деталей, которые необходимо иметь на складе, и упрощает логистику и планирование технического обслуживания. - Гибкость на месте и поздний переплет
При вводе в эксплуатацию или последующей модернизации инженеры могут настроить тип выхода в соответствии с ПЛК или контроллером, фактически используемым на объекте, - просто изменив конфигурацию через последовательное программное обеспечение, вместо того чтобы физически заменять датчик. - Адаптивность в течение всего жизненного цикла
Если система управления модернизируется (например, переходит от чисто дискретных входов к аналоговым или цифровым коммуникациям), можно перенастроить существующие ультразвуковые датчики на новый режим работы, продлив срок их службы.
Для OEM-производителей и системных интеграторов эта концепция в некотором роде аналогична разработке общей платформы ультразвукового датчика, а затем ее адаптации с помощью встроенного программного обеспечения и конфигурации к различным потребностям приложений - вместо того, чтобы управлять множеством отдельных вариантов с фиксированным выходом и различными ценами на ультразвуковые датчики и номерами деталей.
4.3 В каких случаях следует рассматривать встроенные конфигурируемые многовыводные датчики
- Машины, ориентированные на несколько рынков или экосистем ПЛК
Один и тот же механический и электрический датчик может поставляться с различными конфигурациями встроенного программного обеспечения, подходящими для разных марок или поколений контроллеров в различных регионах. - Заводы, ориентированные на эффективность технического обслуживания
Команды технического обслуживания могут хранить один запасной тип датчика и настраивать его выходной режим по мере необходимости, сокращая складские запасы и время простоя. - Проекты с неопределенными или меняющимися требованиями
Когда еще не ясно, будет ли конечная система в основном опираться на коммутационные, аналоговые или цифровые сигналы, или когда в будущем предполагается создание сетей и сбор данных, полезным резервом является конфигурируемый встроенным программным обеспечением ультразвуковой датчик с несколькими выходами.
5. Резюме: соответствие вывода приложению
- Выберите переключающие выходы NPN / PNP для простого обнаружения присутствия, подсчета или ограничения.
- Выбирайте аналоговый сигнал 4-20 мА / 0-10 В, если для контуров управления требуется непрерывный сигнал расстояния или уровня.
- Выбирайте цифровые RS485 или TTL, когда требуются интеллектуальные устройства, сетевое взаимодействие, диагностика или глубокая интеграция со встроенными системами.
- Если вам нужна гибкость при работе с различными контроллерами, если вы хотите сократить количество SKU или ожидаете обновления системы в течение срока службы оборудования, рассмотрите варианты исполнения "все в одном" с несколькими выходами.
IV. Измерение 3: По режиму обнаружения
После выбора рабочей частоты и выходного сигнала возникает следующий ключевой вопрос: как ультразвуковой датчик будет взаимодействовать с целью? Это определяется режимом обнаружения. Даже при одинаковой частоте и схожем аппаратном обеспечении ультразвукового датчика различные режимы обнаружения могут привести к совершенно разным реальным характеристикам и диапазонам применения.
Для систем промышленных ультразвуковых датчиков воздушного базирования режимы обнаружения принято разделять на три группы:
- 1. Режим диффузного отражения (определение расстояния / уровня)
- 2. Сквозной луч / проекционный режим
- 3. Чувствительность материалов и специальные режимы отражения
Все эти режимы основаны на одной и той же базовой физике ультразвуковых датчиков, но отличаются геометрией звукового тракта и способом оценки полученного сигнала.
1. Режим диффузного отражения: Определение расстояния / уровня
Диффузное отражение является “классическим” режимом для многих ультразвуковых датчиков, используемых в системах измерения расстояния и уровня / уровня материала.
1.1 Принцип
- Датчик и цель находятся на одной стороне.
- Встроенный ультразвуковой преобразователь излучает звуковой импульс в свободный воздух.
- Импульс отражается от поверхности объекта и возвращается на тот же датчик.
- Электроника измеряет время полета (TOF) между передачей и приемом и преобразует его в расстояние, используя скорость звука в воздухе.
Звуковой тракт:
Датчик → Цель → Датчик
- Очень короткие дистанции и очень маленькие слепые зоны
Например, от нескольких сантиметров до нескольких десятков сантиметров. В датчиках часто используются более высокие ультразвуковые частоты в сотни килогерц (например, 300-400 кГц), чтобы добиться точного разрешения и узкого луча. В типичных семействах датчиков класса 0,15 м для компактных задач измерения уровня/близости используются преобразователи с частотой около 400 кГц. - Измерение уровня и расстояния на коротких и средних дистанциях (примерно 0,3-2 м)
Обычно используются частоты в диапазоне средних и высоких частот (около 150-250 кГц). Они обеспечивают хороший компромисс между углом луча, дальностью измерения и точностью. Практические примеры: датчики 0,35-1 м работают на частотах 180-200 кГц, а датчики 2 м - на частотах 180 кГц. - Большие диапазоны (например, измерение уровня в резервуаре или силосной яме на расстоянии 2-6 м или определение расстояния на большом расстоянии)
В датчиках обычно используются более низкие ультразвуковые частоты в диапазоне от десятков килогерц до низких сотен килогерц (около 60-120 кГц), которые распространяются в воздухе на большее расстояние и имеют меньшее затухание. Типичные значения: 3 м при 112 кГц, 4 м при 75 кГц и 6 м при 65 кГц.
- Более короткий диапазон / более высокое разрешение → более высокая частота
- Большая дальность действия / больший охват → более низкая частота
Этот режим работы диффузного отражения не зависит от типа выхода (коммутационный, аналоговый или цифровой). Тот же принцип лежит в основе датчиков расстояния, датчиков уровня / уровня материала, а также многих ультразвуковых бесконтактных датчиков。
1.2 Типичные применения
Поскольку используется тот же базовый режим диффузного отражения, многие датчики измерения расстояния могут также использоваться для определения уровня / уровня материала, просто установив их в верхней части резервуара, бункера или технологического пространства.
- Измерение уровня в резервуарах и силосах / уровня материала
- Измерение жидкостей (вода, химикаты, масла) и сыпучих веществ (зерно, пластиковые гранулы, порошки).
- В коротких, компактных резервуарах и технологических емкостях (от субметра до нескольких метров) часто используются средне- и высокочастотные датчики для минимизации "мертвой зоны" и повышения разрешения (например, 0,35-1 м при использовании частот около 180-200 кГц).
- В высоких резервуарах или силосах с диапазоном измерения в несколько метров обычно используются датчики с более низкой частотой (например, 3-6 м с частотой 65-112 кГц), обеспечивающие большую рабочую дистанцию и более устойчивое эхо в пыльной или насыщенной парами атмосфере.
- Общее измерение расстояния и клиренса
- Определение расстояния до поддонов, стен, деталей машин или приспособлений.
- Измерение расстояния приближения или безопасного зазора в системах перемещения и позиционирования.
- Обнаружение присутствия / отсутствия
- Обнаружение коробок, лотков или поддонов на конвейерах.
- Контроль занятости погрузочной площадки, буферной позиции или рабочего места.
- Ультразвуковое бесконтактное переключение
- Обнаружение присутствия и приближения на малом расстоянии с использованием того же принципа диффузного отражения, часто с более высокими частотами для компактных расстояний срабатывания (например, бесконтактные датчики 0,15-0,5 м с частотой 200-400 кГц).
- Обнаружение препятствий для AGV и роботов
- Система обнаружения препятствий переднего обзора для AGV и мобильных роботов на складах и заводах, где используются относительно низкочастотные датчики (например, десятки килогерц, обычно около 58 кГц) для достижения покрытия в несколько метров с достаточно широким лучом.
Прозрачные материалы, пластик, пленка, металл и жидкое стекло могут быть обнаружены без воздействия материала, что делает прибор универсальным.
1.3 Преимущества
- Односторонняя установка
Требуется только один датчик; легко интегрируется и переоборудуется на существующих машинах или резервуарах. - Нечувствительность к цвету и прозрачности
Надежно работает с темными, блестящими или прозрачными материалами, где оптические датчики могут не сработать. - Широкий выбор стандартных изделий
Большая часть каталожных ультразвуковых датчиков для промышленной автоматизации - это устройства диффузного отражения, охватывающие как приложения для измерения уровня на больших расстояниях, так и задачи точного определения расстояния на малых расстояниях.
1.4 Ограничения
- Зависит от отражательной способности поверхности
Очень мягкие, сильно поглощающие или сильно текстурированные поверхности могут создавать слабые или неустойчивые эхо-сигналы. - Необходимо учитывать форму луча и слепую зону
Слепая зона в ближнем поле и распространение луча должны соответствовать геометрии резервуара, минимальному расстоянию измерения и размеру цели. - Не идеально подходит для очень тонких слоев или многослойных различий
Датчик обнаруживает в первую очередь первую поверхность; тонкие внутренние структуры или очень тонкие зазоры за этой поверхностью отделяются с трудом.
Если основным требованием является “измерение расстояния до ближайшей поверхности” - например, уровня, уровня материала, зазора или расстояния приближения - режим диффузного отражения с подходящей частотой и диаграммой направленности луча обычно является наиболее простым и широко применимым выбором.
2. Сквозной луч / проекционный режим
В режиме сквозного луча (или проекции) используется отдельная пара передатчика и приемника. Ключевым вопросом в этом режиме является не “как далеко находится цель?”, а скорее “что находится на пути звука между передатчиком и приемником?”.”
2.1 Принцип
- Одно устройство (или канал) функционирует как специализированный ультразвуковой излучатель.
- Второе устройство выполняет функцию приемника.
- Передатчик и приемник устанавливаются друг напротив друга, образуя фиксированный звуковой тракт.
- Наличие, толщина или положение материала в этом тракте изменяет принимаемый сигнал (обычно амплитуду или энергию; иногда также фазу или время).
Звуковой тракт:
Передатчик → Материал → Приемник
Системы со сквозным лучом часто используют более высокие ультразвуковые частоты (порядка нескольких сотен килогерц) для получения узких лучей и высокой чувствительности к краям и небольшим изменениям толщины。 Типичные продукты для обнаружения двойного листа и направления края полотна относятся к этой категории.
2.2 Типичные применения
- Обнаружение двойного листа (сквозной луч)
- Различение “без листа / с одним листом / с двумя листами” в подающих и укладочных устройствах.
- Широко используется в полиграфии, упаковке, штамповке металла и обработке листов аккумуляторных электродов.
- Обычно используются высокочастотные преобразователи сквозного луча 200-300 кГц, причем 300 кГц особенно подходят для очень тонких электродных пластин или тонкой бумаги.
- Обнаружение краев и ведение полотна (проекционный режим)
- Плотно сфокусированный ультразвуковой луч частично перекрывает край полотна.
- Небольшие боковые перемещения полотна вызывают воспроизводимые изменения уровня принимаемого сигнала, что позволяет точно направлять и отслеживать края.
- Обнаружение мелких деталей и пазов
- Обнаружение мелких компонентов, проходящих через желоб или узкий канал.
- Проверка правильности занятия определенной позиции или слота.
2.3 Преимущества
- Высокая чувствительность к небольшим изменениям в покрытии
Очень эффективен для тонких листов, небольших зазоров и точного расположения краев. - Независимо от расстояния до фона
Приемник реагирует в основном на прямой путь звука; удаленные стены или детали машин оказывают незначительное влияние. - Четкая интерпретация
Изменения в передаваемой акустической энергии напрямую соответствуют изменениям в материале внутри пучка.
2.4 Ограничения
- Требуется доступ с обеих сторон
Технологический маршрут должен обеспечивать возможность установки и выравнивания как передатчика, так и приемника. - Согласование имеет решающее значение
Несоответствие или механическое смещение может снизить уровень сигнала и вызвать нестабильность. - Менее гибкие в механическом отношении
Последующие изменения, такие как добавление защит, экранов или кронштейнов, должны быть спроектированы так, чтобы не препятствовать прохождению звука.
Когда задача состоит в обнаружении тонких, движущихся или слоистых материалов или в отслеживании края с высокой точностью, режим сквозного луча / проекции обычно превосходит простое диффузное отражение и часто реализуется с помощью специально разработанных высокочастотных ультразвуковых преобразователей.
3. Чувствительность материалов и специальные режимы отражения
Помимо “расстояния” (TOF) и “блокировки” (сквозной луч), существует третий класс приложений: определение материала, когда цель состоит в том, чтобы определить тип или структуру материала по тому, как он отражает и ослабляет звук, а не только по тому, где он находится.
3.1 Чувствительность материалов на основе отражения
Во многих ультразвуковых системах для определения материала в основе геометрии лежит режим отражения: датчик и объект находятся на одной стороне, датчик посылает импульс и слушает эхо.
- При измерении расстояния основной переменной является время полета.
- При зондировании материалов основными переменными являются энергия эха, затухание и амплитуда/временная диаграмма возврата сигнала.
Различные материалы и структуры поверхности имеют разные характеристики:
- акустический импеданс
- характеристики поглощения / демпфирования
- текстура поверхности / шероховатость
- Общий уровень отраженной энергии (сила эха)
- Затухание относительно опорного импульса
- Огибающая эха или распределение амплитуды во времени
Измеряя и сравнивая эти параметры, можно датчик могут классифицировать или различать материалы, а не просто измерять расстояние. Для этой цели обычно используются относительно высокие ультразвуковые частоты (обычно в сотни килогерц, например, 300 кГц), поскольку они более чувствительны к структуре поверхности и поглощению вблизи поверхности。 Типичные датчики обнаружения материалов относятся к этому классу.
- Идентификация типа материала
- Различение камня (например, мрамора), дерева, ковров, пенопласта и других материалов по их акустическим характеристикам.
- Пригодится для сортировки, проверки или контроля качества.
- Проверка слоев или покрытий
- Определение наличия определенного покрытия, подкладки или подкладочного слоя путем сравнения уровней отражения и затухания.
- Расширенный анализ двойного листа/стопки
- Различение различных структур укладки или ламинирования по их кривым отражения/затухания.
В этих приложениях часто используются высокочастотные датчики с адаптированной схемой луча и специальные алгоритмы обработки сигнала. Основным физическим принципом остается отражение, но с большим акцентом на энергию и затухание, чем только на время.
3.2 Специальные звуковые тракты
Чтобы приспособиться к реальной компоновке оборудования, некоторые ультразвуковые датчики используют специальные схемы прохождения звука, достигаемые в основном за счет механической конструкции датчика и корпуса, в то время как основной принцип считывания (диффузное отражение, сквозной луч или считывание материала) остается неизменным.
- Регулируемые под углом головки датчиков
- Ультразвуковой датчик установлен в головке, которая может поворачиваться относительно корпуса датчика.
- Это позволяет регулировать эффективное направление считывания на месте в соответствии с фактическим углом установки, не меняя тип датчика.
- Особенно полезны в тех случаях, когда монтажные позиции ограничены или окончательно определены только после сборки оборудования (например, датчики расстояния с регулировкой направления 0,5 м).
- Встроенные версии с углом 90° / боковым обзором
- Датчик расположен таким образом, что его главная ось излучения перпендикулярна корпусу датчика.
- Звуковой тракт не перенаправляется внешними отражателями; сам зонд ориентирован так, чтобы “смотреть вбок”.
- Это подходит для узких пространств, установки у стены или в случаях, когда корпус должен быть совмещен с рамой, но направление срабатывания должно быть боковым (например, датчики расстояния типа "колено" 90°).
- Соответствие нестандартным или изменяющимся углам установки
- Устанавливаются в узких местах или в местах с препятствиями
- Поддерживают стабильный, воспроизводимый звуковой тракт в промышленных условиях
С точки зрения пользователя, такие схемы упрощают применение одних и тех же базовых ультразвуковых принципов (определение расстояния, сквозного луча или материала) к сложным геометриям машин, без изменения электроники или основных концепций датчиков.
4. Резюме: соответствие режима обнаружения приложению
- Режим диффузного отражения
- Лучше всего подходит для измерения расстояния и уровня / уровня материала, обнаружения присутствия и обнаружения препятствий.
- Односторонняя установка, широкий ассортимент стандартных промышленных изделий.
- Большинство датчиков расстояния общего назначения также могут использоваться для контроля уровня / уровня материала.
- Сквозной луч / проекционный режим
- Лучше всего подходит для обнаружения двойного листа, направления края полотна и прохождения мелких деталей.
- Использует отдельные передатчик и приемник по всему технологическому тракту, часто на высоких частотах для получения узких лучей.
- Чувствительность к материалам и специальные режимы отражения
- Лучше всего подходит для различения или классификации материалов, проверки структуры слоев или работы в условиях особых геометрических ограничений.
- По-прежнему основан на отражении, но оценка сосредоточена на энергии и затухании эха, а не только на времени полета.
- 1. Рабочая частота (малая дальность / высокая частота против большой дальности / низкой частоты)
- 2. Тип выходного сигнала (коммутационный, аналоговый, цифровой или конфигурируемый мультивыход)
- 3. Режим обнаружения (диффузное отражение, сквозной луч или определение материала)
V. Измерение 4: По сценариям применения
После того как частота, тип выхода и режим обнаружения определены, наиболее практичный способ выбора ультразвукового датчика - начать со сценария применения.
- Частотные диапазоны (высокий и низкий)
- Режимы обнаружения (диффузное отражение, сквозной луч, зондирование материала)
- Типы выходов (коммутационный, аналоговый, цифровой)
В следующих разделах показано, как эти варианты обычно сочетаются в реальных промышленных приложениях.
1. Измерение уровня (прибл. 0,15-6 м)
Типичная задача
Бесконтактное измерение уровня жидкости или сыпучих материалов в резервуарах, бункерах и контейнерах.
Режим обнаружения
Диффузное отражение (измерение расстояния до поверхности по времени полета).
Типичные выходы
- Аналоговый выход (4-20 мА / 0-10 В) для непрерывного уровня
- Коммутационные выходы для сигнализации высокого/низкого уровня
- Дополнительная цифровая / последовательная связь для интеграции в системы управления
1.1 Уровень малой дальности (до 1 м)
Для компактных резервуаров и неглубоких емкостей обычно используются более высокие ультразвуковые частоты, чтобы добиться короткой мертвой зоны и узкого, точного луча.
- Очень короткие расстояния (около 0,15 м)
- Ультразвуковые частоты около 400 кГц
- Очень короткие слепые зоны и высокое разрешение для компактных помещений
- Расстояние примерно до 0,35-0,5 м.
- Ультразвуковые частоты около 180-200 кГц
- Хороший компромисс между шириной луча и точностью
- Расстояние до 1 м
- Ультразвуковые частоты около 200 кГц
- Все еще относительно небольшая слепая зона, достаточный диапазон для большинства компактных технологических резервуаров
- Очень маленькое минимальное расстояние измерения
- Высокое разрешение и хорошая повторяемость
- Компактный звуковой луч, идеально подходящий для небольших резервуаров и ограниченного пространства для установки
1.2 Средний уровень дальности (прибл. 1-6 м)
Для больших резервуаров и силосов предпочтительнее использовать более низкие ультразвуковые частоты, чтобы обеспечить достаточную силу эхосигнала на больших расстояниях.
- Измерение расстояний в несколько метров (например, 2-6 м)
- Ультразвуковые частоты в нижнем и среднем диапазоне, такие как:
- 2 м: около 180 кГц
- 3 м: около 112 кГц
- 4 м: около 75 кГц
- 6 м: около 65 кГц
- Большая длина волны и меньшее затухание в воздухе обеспечивают стабильность измерений на расстоянии нескольких метров
- Лучшее распространение по воздуху на несколько метров
- Стабильное эхо от поверхности жидких и сыпучих материалов
- Повышенная устойчивость к воздействию пыли, легких испарений и движения воздуха
- Приблизительно 0,15-1 м: используйте более высокие частоты (примерно 180-400 кГц).
- Примерно 1-6 м: используйте низкие и средние частоты (примерно 60-180 кГц).
- Типовое руководство по выбору для измерения уровня
Конкретные значения отсечки зависят от конструкции датчика, геометрии резервуара и требуемого разрешения, но общая тенденция сохраняется: меньшая дальность → большая частота; большая дальность → меньшая частота.
2. Ультразвуковые бесконтактные датчики (прибл. 0,15-0,5 м)
Переключение на короткие расстояния и присутствие, в основном независимо от материала, в качестве альтернативы или дополнения к индуктивным и емкостным датчикам приближения.
Режим обнаружения
Диффузное отражение (ближнее расстояние / обнаружение присутствия).
Типичные выходы
- Коммутационные выходы (NPN / PNP)
- Часто с обучаемыми или регулируемыми точками переключения
- В некоторых вариантах аналоговый выход малого радиуса действия
Для получения компактных и четко очерченных зон обнаружения обычно используются ультразвуковые преобразователи с более высокой частотой. Например, в практических семействах продуктов:
- Расстояние переключения 0,15 м: Ультразвуковая частота около 400 кГц
- Расстояние переключения 0,25 м: Ультразвуковая частота около 200 кГц
- Расстояние переключения 0,5 м: Ультразвуковая частота около 300 кГц
Преимущества данного приложения
- Тесные и четко определенные сенсорные поля
- Очень маленькая слепая зона непосредственно перед датчиком
- Высокая повторяемость расстояний переключения
3. Обнаружение на основе материала / энергии
Идентифицируйте или проверяйте материалы по их характеристикам ультразвукового отражения и затухания, а не только по расстоянию. Типичные области применения включают:
- Различают такие материалы, как мрамор, дерево, ковер, пенопласт и т.д.
- Проверка наличия подкладочных слоев, покрытий или композитных структур
- Использование изменений эхо-энергии в качестве индикатора качества продукции или состояния процесса
- Режим отражения с зондированием материала / оценка на основе энергии
- Датчик оценивает амплитуду и затухание эха в дополнение или вместо простого времени полета
- Относительно высокие ультразвуковые частоты (обычно порядка нескольких сотен килогерц, например, около 300 кГц) используются для достижения высокой чувствительности к структуре поверхности и внутренним различиям в затухании.
- Достаточно высокая, чтобы быть чувствительной к текстуре поверхности и поглощению вблизи поверхности
- Обеспечивает тонкий “акустический контраст” между различными материалами
- Прочность для типичных воздушных трасс в промышленных условиях
- Переключение выходов для OK / NG или правильного / неправильного материала
- Дополнительные цифровые / последовательные выходы обеспечивают уровень сигнала, показатели энергии или результаты классификации
4. Веб, лист и краевые приложения
- Обнаружение двойного листа при печати, упаковке и подаче электродов
- Направляющая кромка полотна и контроль бокового положения для пленок, бумаги, фольги или текстиля
Режим обнаружения
- Сквозной луч / проекционный режим (передатчик с одной стороны, приемник с другой)
- Обычно используются более высокочастотные преобразователи (например, около 200-300 кГц), обеспечивающие высокую чувствительность к тонким слоям и изменениям в покрытии.
- Частота около 300 кГц предпочтительна для очень тонких фольг, листов электродов или тонкой бумаги.
- Переключение выходов для различения без листа / с одним листом / с двумя листами
- Дополнительная цифровая диагностическая информация (уровень сигнала, запас) для расширенного управления или настройки
Режим обнаружения
- Сквозной луч или боковое диффузное отражение, в зависимости от расположения оборудования
- Средние и высокие частоты (например, около 200-300 кГц) для узкого и стабильного луча, позволяющего точно отслеживать края
- Аналоговые сигналы, пропорциональные положению края
- Дополнительные цифровые выходы или шинные интерфейсы для интеграции с контроллерами с веб-направлением
5. Избегание препятствий с помощью AGV и мобильных роботов
Обнаружение препятствий перед AGV и мобильными роботами для раннего предупреждения и безопасной остановки.
Режим обнаружения
Диффузное отражение (определение расстояния / препятствий). Типичные выходы
- Несколько порогов переключения (например, зона предупреждения, зона остановки)
- Дополнительная информация о расстоянии через цифровые интерфейсы связи
Датчики предотвращения столкновений для AGV обычно используют относительно низкие ультразвуковые частоты (например, десятки килогерц, обычно около 58 кГц). Причины использования более низкой частоты в этом сценарии
- Обеспечивает обнаружение препятствий на расстоянии нескольких метров перед автомобилем
- Обеспечивает ширину луча, достаточную для покрытия пути движения
- Обеспечивает надежную работу в изменяющихся условиях окружающей среды, таких как температура, воздушные потоки и пыль.
6. От сценария к датчику: Как сочетаются измерения
Для каждого сценария применения выбирается подходящий ультразвуковой датчик, сочетающий все четыре измерения:
- 1. сценарий применения (измерение 4)
- Измерение уровня (малый и средний диапазон)
- Бесконтактное переключение (малый радиус действия)
- Обнаружение на основе материала / энергии
- Нанесение на полотно / лист / кромку
- Избегание препятствий с помощью AGV и мобильных роботов
- 2. Частотный диапазон (размер 1)
- Высокая частота (примерно 200-400 кГц)
- Измерение уровня на малом расстоянии (около 0,15-1 м)
- Ультразвуковые датчики приближения (около 0,15-0,5 м)
- Обнаружение на основе материала / энергии
- Множество применений для направления двойных листов и кромок
- Средние/низкие частоты (около 60-200 кГц, до десятков килогерц)
- Измерение уровня на средней дистанции (до нескольких метров, например, 2-6 м)
- Обнаружение препятствий на большом расстоянии для AGV и мобильных роботов (например, около 58 кГц)
- Высокая частота (примерно 200-400 кГц)
- 3. Тип выхода (размер 2)
- Коммутационные, аналоговые или цифровые интерфейсы, выбираемые в зависимости от требований к управлению (простая сигнализация, непрерывное измерение, сетевая интеграция)
- По возможности, использование общей аппаратной платформы с конфигурируемыми микропрограммой выходами или вариантами с двумя выходами может упростить хранение запасов и облегчить будущую модернизацию.
- 4. Режим обнаружения (измерение 3)
- Диффузное отражение (определение уровня, приближения, препятствий)
- Сквозной луч / проекционный (двойной лист, некоторые веб-приложения)
- Отражение с оценкой чувствительности материала (идентификация материала на основе энергии)
Исходя из реального сценария применения и выбирая соответственно диапазон частот, режим обнаружения и тип выходного сигнала, можно подобрать или разработать подходящие конфигурации ультразвуковых датчиков для решения широкого спектра промышленных задач.
VI. Заключение
При выборе ультразвукового датчика ключевым вопросом является не “какой датчик лучше?”, а “какой датчик лучше всего подходит для данного конкретного применения?”.”
- 1. Рабочая частота
- 2. Тип выхода
- 3. Режим обнаружения
- 4. Сценарий применения
1. Не существует “лучшего” датчика, есть только наиболее подходящий.
- Если для вас важнее всего совместимость и простота интеграции
Сосредоточьтесь на выходном измерении:- Проверьте доступные выходы и интерфейсы:
- Коммутационные выходы (NPN / PNP)
- Аналоговые выходы (4-20 мА / 0-10 В)
- Цифровые / шинные интерфейсы (например, последовательные каналы, полевая шина, промышленный Ethernet)
- Проверьте, настраиваются ли параметры (диапазоны, точки переключения, фильтры), поддерживает ли устройство диагностику и контроль состояния.
- Проверьте доступные выходы и интерфейсы:
- Если вам важна гибкость установки и механические ограничения
Сосредоточьтесь на механической конструкции:- Общая форма и размер корпуса (цилиндрический, кубический, плоский, компактный, вид сбоку и т.д.)
- Варианты монтажа и ориентация разъемов
- Доступны версии с регулировкой угла наклона или с боковым обзором на 90° для работы в условиях ограниченного пространства или нестандартных монтажных позиций
- Если вас больше всего волнует производительность измерений и требования к процессу
Сосредоточьтесь на выборе частоты и режима обнаружения:- При необходимости используйте более высокие частоты (обычно около 200-300 кГц и выше):
- Измерение расстояния или уровня с малым радиусом действия и высоким разрешением
- Очень маленькие слепые зоны
- Тесные, четко очерченные сенсорные поля
- Выберите подходящие режимы обнаружения:
- Рассеянное отражение для большинства задач на расстоянии и уровне
- Сквозной луч / проекционный режим для тонких листов, направления краев и обнаружения двойных листов
- Энергетическое зондирование материалов, когда различение материалов или структуры слоев важнее чистого расстояния
Другими словами:- Приоритет системной интеграции → фокус на выходах и интерфейсах связи
- Механические/монтажные приоритеты → акцент на форм-факторе корпуса и вариантах монтажа
- Приоритет производительности измерений → фокус на частотном диапазоне и режиме обнаружения
2. От общих правил к конкретным решениям
Четыре измерения, описанные в этом документе, образуют практическую основу:- 1. Начните со сценария применения (уровень, приближение, направление полотна, обнаружение материала, предотвращение препятствий AGV и т. д.).
- 2. Сузьте подходящий диапазон частот (короткий диапазон / высокая частота против длинного диапазона / низкой частоты).
- 3. Выберите режим обнаружения (диффузное отражение, сквозной луч или зондирование материала), соответствующий физической задаче.
- 4. Наконец, выберите тип выхода и механическую конструкцию, которые наилучшим образом соответствуют системе управления и условиям установки. По возможности, использование общей аппаратной платформы с конфигурируемыми микропрограммой выходами или вариантами с двумя выходами может еще больше упростить хранение запасов и развитие системы.
Используемая таким образом, система помогает избежать проб и ошибок и делает технические решения более прозрачными и легко объяснимыми в ходе анализа проекта и обсуждения с заказчиком.
3. Когда стоит задуматься о кастомизации
Стандартные ультразвуковые датчики покрывают большую часть типичных промышленных требований. Однако индивидуальный подход может оказаться полезным, когда:- Пространство для установки крайне ограничено или механически сложно
- Целевой материал или среда выходят за рамки общепринятых спецификаций
- Применение требует нестандартной частоты, диаграммы направленности луча или метода оценки сигнала
- В одном приборе необходимо объединить несколько функций (расстояние, классификация материалов, диагностика)
- Настроенная рабочая частота и акустическое оформление для точного определения дальности и цели
- Оптимизированные концепции корпусов и креплений для конкретных машин
- Настройка встроенного программного обеспечения, форматов вывода и протоколов связи для соответствия существующим архитектурам управления
Систематическое использование четырех измерений - частоты, типа выходного сигнала, режима обнаружения и сценария применения - позволяет командам инженеров перейти от специального выбора датчиков к четкому, обоснованному и обусловленному применением выбору ультразвуковых датчиков в промышленных проектах.
- При необходимости используйте более высокие частоты (обычно около 200-300 кГц и выше):
English
Chinese
Russian
German
French
Italian
Spanish
Arabic