Uniwersalne czujniki ultradźwiękowe: opcje wyjściowe i zastosowania w automatyce przemysłowej
- udział
- Wydawca
- Zoe
- opublikowany
- 2024/7/12
streszczenie
Czujniki ultradźwiękowe wykazują doskonałą wydajność w zastosowaniach bezkontaktowego pozycjonowania i pomiaru odległości. Nie są one podatne na wpływ koloru ani kształtu i nie są ograniczone przez materiał mierzonego obiektu. W rezultacie są szeroko stosowane w scenariuszach automatyki przemysłowej.
Uniwersalne czujniki ultradźwiękowe: opcje wyjściowe i zastosowania w automatyce przemysłowej
Czujniki ultradźwiękowe wykazują doskonałą wydajność w zastosowaniach bezkontaktowego pozycjonowania i pomiaru odległości. Nie są one podatne na wpływ koloru ani kształtu i nie są ograniczone przez materiał mierzonego obiektu. W rezultacie są szeroko stosowane w scenariuszach automatyki przemysłowej.
Zasada działania czujników ultradźwiękowych
Czujniki ultradźwiękowe wykorzystują właściwości fal dźwiękowych, aby zapewnić bezkontaktowe i precyzyjne rozwiązanie wykrywania do pomiaru stanu i odległości obiektów. Czujnik działa poprzez emitowanie mechanicznych fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości i odbieranie fal dźwiękowych odbitych od obiektu. Poprzez obliczanie czasu lub energii między emitowanymi i odbieranymi falami dźwiękowymi, określa dokładną odległość lub stan obiektu docelowego.
Czujniki ultradźwiękowe różnią się od zwykłych przełączników zbliżeniowych i czujników fotoelektrycznych. W porównaniu do indukcyjnych lub pojemnościowych przełączników zbliżeniowych mają większy zasięg wykrywania; w porównaniu do czujników fotoelektrycznych mogą działać w trudniejszych warunkach i nie są dotknięte kolorem obiektu docelowego ani obecnością kurzu, mgły itp. w powietrzu. Czujniki ultradźwiękowe nadają się do wykrywania różnych stanów obiektów, takich jak ciecze, materiały przezroczyste, materiały odblaskowe i cząstki stałe.
1. Wyjście przełączające, zestaw NO/NC
3. Wyjście cyfrowe: RS485
Czujnik jest domyślnie ustawiony na protokół Modbus w fabryce. Protokoły niestandardowe można skonfigurować zgodnie z wymaganiami klienta.
2. Wyjście analogowe, ustawiony tryb góra/dół
Typ wyjścia prądowego analogowego czujnika jest ustawiony na minimalną wartość odległości wykrywania i maksymalną wartość odległości wykrywania, co odpowiada odpowiednio 4 mA i 20 mA.
Zarówno typ wyjścia analogowego napięciowego, jak i typ wyjścia analogowego prądowego można ustawić tak, aby przełączały się w tryb spadku, poprzez odpowiednie ustawienie punktów A2 w pobliżu.
4. Tryb przełącznika zbliżeniowego
Czujnik ustawia niezależny punkt przełączania, A2. Różne wyjścia są aktywowane, gdy cel przechodzi w odległości odpowiadającej punktowi przełączania A2. Punkt przełączania można ustawić dowolnie w zakresie wykrywania.
Ten tryb pracy nadaje się do zastosowań takich jak liczenie lub wykrywanie obecności na taśmach przenośnikowych.
5. Tryb okna (tryb interwałowy)
W trybie okna czujnik może ustawić dwa punkty przełączania, A1 i A2. Każde wyjście jest aktywowane tylko w przedziale od A1 do A2. Te dwa punkty przełączania można dowolnie ustawić w zakresie wykrywania.
Ten tryb pracy nadaje się do zastosowań takich jak wykrywanie współczynnika defektów. Na przykład można go używać do sprawdzania, czy butelki w drewnianej skrzyni spełniają normy wysokości, wykrywając produkty, które są zbyt wysokie lub zbyt niskie.
6. Tryb retrorefleksyjny
Tryb retrorefleksyjny to w zasadzie specjalny tryb okna, w którym stały reflektor jest umieszczony w ustawionym oknie. Czujnik będzie emitował sygnał tak długo, jak długo obiekt docelowy całkowicie zasłania reflektor.
Ten tryb działania jest podobny do fotoelektrycznych czujników retrorefleksyjnych. Czujniki ultradźwiękowe nie wymagają dedykowanego reflektora; można użyć dowolnego obiektu odblaskowego, niezależnie od tego, czy cel pochłania lub przekierowuje fale dźwiękowe. Ten tryb można wykorzystać do wykrywania pianki lub innych materiałów pochłaniających dźwięk.
7. Tryb podwójnego przełączania (tryb histerezy)
Czujnik ustawia punkty A1 i A2 w zakresie detekcji. Gdy cel osiągnie punkt A1 lub A2, wyjście przełącza się. Gdy cel przemieszcza się z A1 (A2) do A2 (A1), czujnik utrzymuje bieżący stan przełączania. Wyjście przełącza się z powrotem do stanu pierwotnego tylko wtedy, gdy cel minie punkt A2 (A1).
Ten tryb pracy służy do automatycznej kontroli poziomu cieczy i materiałów.
8. Tryb wyjścia analogowego
W efektywnym zakresie wykrywania czujnik może dowolnie ustawiać punkty A1 i A2. Wartość odległości między punktami A1 i A2 jest proporcjonalnie wyprowadzana jako sygnał napięciowy (0-10 V) lub prądowy (4-20 mA).
Informacje o odległości obiektu docelowego są wyprowadzane liniowo i w czasie rzeczywistym jako sygnał analogowy. W zależności od położenia punktów A1 i A2 czujnik może przełączać się między trybem rosnącym i malejącym.
Ten tryb pracy nadaje się do różnych zastosowań wymagających sterowania w czasie rzeczywistym, takich jak sterowniki PLC i przetwornice częstotliwości.
9. Tryb wyjścia cyfrowego (IO-LINK, RS232, RS485, TTL, CAN itp.)
Sygnały czujników mogą komunikować się w czasie rzeczywistym na różnych poziomach architektury systemu. Zmierzone wartości odległości są przesyłane do sterownika w formie szeregowych bitów danych.
Ten tryb pracy nadaje się do różnego rodzaju rozwiniętych systemów.
10. Czujniki ultradźwiękowe do wykrywania pojedynczych i podwójnych arkuszy
Wykrywanie pojedynczych i podwójnych arkuszy ultradźwiękowych odbywa się przy użyciu konfiguracji wiązki przechodzącej, oceniając energię fal dźwiękowych przechodzących przez różną liczbę arkuszy w celu określenia liczby warstw. Ta metoda jest stosowana do wykrywania pojedynczych lub podwójnych arkuszy materiałów, takich jak papier, folia, arkusze plastikowe i folie metalowe.
Zastosowania czujników ultradźwiękowych
Czujniki ultradźwiękowe wykazują doskonałą wydajność w zastosowaniach bezkontaktowego pozycjonowania i pomiaru odległości. Nie są one podatne na wpływ koloru ani kształtu i nie są ograniczone przez materiał mierzonego obiektu. W rezultacie są szeroko stosowane w scenariuszach automatyki przemysłowej.
🔸Przemysł: Wykorzystywany do wykrywania poziomu cieczy, wykrywania obiektów, pomiaru odległości i innych zastosowań, takich jak pakowanie, produkcja butelek, sprzęt do kontroli transportu materiałów i przetwórstwo tworzyw sztucznych.
🔸Branża motoryzacyjna: Wykorzystywane do produkcji radarów cofania, automatycznego parkowania i wykrywania przeszkód, co zwiększa bezpieczeństwo i wygodę jazdy.
🔸Biomedycyna: W medycynie czujniki ultradźwiękowe wykorzystuje się do obrazowania i diagnostyki, np. w badaniach ultrasonograficznych (ultradźwięki B).
Szerokie zastosowanie czujników ultradźwiękowych
🔸Wykrywanie cieczy: Czujniki ultradźwiękowe mogą wykrywać niemal wszystkie rodzaje cieczy, w tym czystą wodę, różne oleje i rozpuszczalniki, co dowodzi ich dużej przydatności.
🔸Wykrywanie tuszu i barwnika: Czujniki te umożliwiają skuteczne wykrywanie tuszów i barwników o różnych kolorach, co pozwala na precyzyjną kontrolę w takich gałęziach przemysłu, jak drukarstwo i pakowanie.
🔸Wykrywanie materiałów przezroczystych i odblaskowych:
1. Materiały przezroczyste: Czujniki ultradźwiękowe mogą wykrywać wiele materiałów przezroczystych, takich jak butelki szklane, płyty szklane, przezroczyste folie PP (polipropylen), PE (polietylen) i PET (politereftalan etylenu), wykazując doskonałą skuteczność w wykrywaniu obiektów przezroczystych.
2. Materiały odblaskowe: Mogą również wykrywać materiały odblaskowe, takie jak folia złota i srebrna, co zapewnia dokładne działanie nawet w środowiskach o silnym współczynniku odbicia.
🔸Wykrywanie struktury włókien: Czujniki ultradźwiękowe mogą z łatwością wykrywać tkaniny z włókien o różnych kolorach, zarówno ciemne, jak i jasne, dzięki czemu są niezwykle przydatne w przemyśle tekstylnym i odzieżowym.
🔸Automatyczna kontrola poziomu:
1. Materiały stałe, takie jak ziarna: Czujniki ultradźwiękowe można stosować do wykrywania poziomu materiałów stałych, takich jak ziarna, co pozwala na automatyczną kontrolę i monitorowanie, a tym samym zwiększa efektywność zarządzania magazynem.
2. Poziom proszku: Nadają się również do automatycznej kontroli poziomu materiałów proszkowych, takich jak węgiel, trociny i cement, zapewniając stabilność i bezpieczeństwo procesu produkcyjnego.
Najważniejsze cechy czujników ultradźwiękowych
Monitorowanie poziomu napełnienia materiałem masowym
Czujnik ultradźwiękowy poziomu, czujniki ultradźwiękowe są szeroko stosowane w takich dziedzinach jak automatyka przemysłowa, magazynowanie i logistyka. Na przykład w branży magazynowej czujniki ultradźwiękowe mogą być używane do monitorowania wysokości poziomu materiałów w magazynie, umożliwiając terminowe uzupełnianie materiałów lub dostosowywanie strategii magazynowania.
Monitorowanie średnicy rolki
🔸Podstawowa zasada
Czujnik ultradźwiękowy oblicza odległość lub rozmiar obiektu docelowego, emitując impulsy ultradźwiękowe i odbierając odbite sygnały. W przypadku wykrywania średnicy rolki czujnik ultradźwiękowy jest instalowany z boku lub nad rolką i wyrównany ze środkiem wału rolki. Gdy impulsy uderzają w rolkę i odbijają się, czujnik oblicza odległość do powierzchni rolki na podstawie czasu echa i prędkości dźwięku. Łącząc pomiary z wielu punktów i charakterystyki geometryczne rolki, można określić średnicę.
🔸Zalety
1. Pomiar bezkontaktowy: Czujniki ultradźwiękowe nie stykają się z powierzchnią rolki, co pozwala uniknąć problemów związanych z zużyciem i zanieczyszczeniem w wyniku kontaktu.
2. Wysoka precyzja: Dzięki dokładnemu pomiarowi czasu rozchodzenia się dźwięku i prędkości dźwięku możliwe jest uzyskanie precyzyjnych pomiarów średnicy rolki.
3. Silna zdolność przeciwzakłóceniowa: Czujniki ultradźwiękowe są mniej podatne na działanie czynników zewnętrznych, takich jak światło, fale elektromagnetyczne i kurz, co pozwala im na stabilną pracę w trudnych warunkach.
4. Możliwość pracy w czasie rzeczywistym: Czujniki ultradźwiękowe mogą mierzyć średnicę rolki i przesyłać dane na jej temat w czasie rzeczywistym, ułatwiając operatorom terminowe monitorowanie i przetwarzanie danych.
🔸Kroki aplikacji
2. Kalibracja i konfiguracja: Skalibruj i skonfiguruj czujnik ultradźwiękowy zgodnie z rzeczywistymi potrzebami. Obejmuje to ustawienie zakresu pomiarowego czujnika, trybu wyzwalania, sygnałów wyjściowych i dokonanie regulacji na podstawie materiału rolki i warunków środowiskowych.
3. Gromadzenie danych: Uruchom czujnik, aby rozpocząć zbieranie danych o średnicy rolki. Czujnik będzie stale emitował impulsy ultradźwiękowe i odbierał odbite sygnały, konwertując wyniki pomiaru na wyjście cyfrowe.
4. Przetwarzanie danych: Monitoruj wyjście cyfrowe z czujnika ultradźwiękowego za pomocą komputera lub interfejsu człowiek-maszyna i mapuj je na średnicę rolki. Użyj skalowania liniowego lub innych algorytmów, aby obliczyć bieżącą średnicę rolki w czasie rzeczywistym.
5. Monitorowanie i alarmowanie: W razie potrzeby skonfiguruj systemy monitorowania i mechanizmy alarmowe. Gdy średnica rolki osiągnie ustalony próg, system uruchomi alarm, aby ostrzec operatorów o konieczności natychmiastowej wymiany lub obsługi rolki.
Wysokowydajne kompaktowe czujniki ultradźwiękowe do wymagających zastosowań
Czujniki ultradźwiękowe o różnych rozmiarach, zakresach wykrywania i trybach wyjściowych zapewniają dużą elastyczność w doborze odpowiedniego do Twoich zastosowań.
| Modele | CSB12-120 | CSB12-200 | CSB18-300 | CSB18-500 | CSB18-1000 | CSC18-1000 | CSC30-2500 |
| Zasięg wykrywania | 20-120mm | 20 - 200 mm | 30-300mm | 50 - 500 mm | 60 - 1000 mm | 60 - 1000 mm | 150 - 2500 mm |
| Strefa martwa | 0-20mm | 0-20mm | 0-30mm | 0-50mm | 0-60mm | 0-60mm | 0-150mm |
| Częstotliwość przełączania | 55 Hz | 45 Hz | 45 Hz | 31 Hz | 19 Hz | — | |
Czas reakcji | 18 milisekund | 22 milisekundy | 22 milisekundy | 32 milisekundy | 52 milisekundy | 120 milisekund | 160 milisekund |
Histereza | 1 milimetr | 2mm | — | ||||
Typ połączenia | M12 (4-stykowe) | M12 (5-stykowe) | M12 (5-stykowe) | ||||
| Modele | CSB30-2000 | CSB30-4000 | CSB30-6000 | CSR30-2000 | CSR30-3000 |
| Zasięg wykrywania | 100 - 2000 mm | 200 - 4000 mm | 350 - 6000 mm | 100 - 2000 mm | 150 - 3000 mm |
| Strefa martwa | 0-100mm | 0-200mm | 0-350mm | 0-100mm | 0-150mm |
| Częstotliwość przełączania | 10 Hz | 5 Hz | Częstotliwość 4 Hz | 10 Hz | 9 Hz |
Czas reakcji | 82 milisekundy | 162 milisekundy | 232 milisekundy | 82 milisekundy | 102 milisekundy |
Histereza | ±2mm | ±4mm | ±5 mm | ±2mm | ±3mm |
Typ połączenia | M12 (5-stykowe) | M12 (5-stykowe) | |||
| Modele | Seria CSDB | Modele | CSDA12-40 | CSDA18-60 | CSDA30-100 |
| Głębokość rowka | 68 mm | Zasięg wykrywania | 20-40mm | 20 - 60 mm | 20 - 100 mm |
| Szerokość szczeliny | 5 mm | Strefa martwa | 5 mm z przodu | 7 mm z przodu | 7 mm z przodu |
Typ połączenia | M8 (4-stykowe) | Typ połączenia | 2 m, kabel PVP, 0,14 mm² | ||
Niestabilne scenariusze dla czujników ultradźwiękowych
Aby zapewnić stabilną i skuteczną pracę czujników ultradźwiękowych, przed przystąpieniem do testów należy wziąć pod uwagę następujące kwestie:
🔸Temperatura powierzchni obiektu docelowego jest wyższa niż 100°C.
🔸W środowisku detekcji prędkość wiatru przekracza 60 km/h.
🔸Środowisko użytkowania znajduje się na wysokościach przekraczających 3000 metrów.
🔸W środowiskach zamkniętych, w których ciśnienie przekracza 1,2 standardowej atmosfery.
🔸Środowisko pracy ma temperaturę poniżej -20°C lub powyżej 70°C.
🔸W trybie bezodblaskowym wykrywanie materiałów o wysokiej absorpcji dźwięku, takich jak filc, wełna, bawełna lub pianka gąbczasta.
🔸Fale dźwiękowe nie mogą rozprzestrzeniać się w próżni. Czujniki ultradźwiękowe zawiodą w środowiskach próżniowych.
🔸Wykrywanie innych nieznanych substancji i niepewnych scenariuszy użycia.
Dlatego w czujnikach ultradźwiękowych firmy DADISICK zastosowano możliwie jak najwięcej kompensacji w obwodach, aby uwzględnić różne czynniki wpływające, takie jak obwody kompensacji dryfu temperatury w całej serii.