一、什么是超聲波傳感器?

　　當(dāng)頻率高于人類聽覺范圍的上限范圍--即大于20kHz時，就認(rèn)為是超聲波信號。

　　超聲波傳感器是一種無需物理接觸即可通過空氣測量從傳感器到物體距離的設(shè)備。它們通過向被測物體發(fā)射高頻聲波(也稱為超聲波聲波)來計算距離——接收反射的聲波并計算從發(fā)射源發(fā)射到接收源之間的返回之間的時間，然后測量出距離。

　　超聲波傳感器的種類很多，使用的聲波頻率不同。

　　例如，工業(yè)超聲波傳感器通過空氣進行測量，一般會在30千赫至500千赫范圍內(nèi)進行傳輸。隨著超聲波頻率的增加，所觀察到的衰減率也會增加。 　　因此，發(fā)現(xiàn)在30–80 kHz范圍內(nèi)運行的低頻傳感器對于遠程應(yīng)用更為有效。相比之下，工作在80–500 kHz的高頻傳感器對短距離應(yīng)用更有效，同時減少了振鈴衰減，這意味著最小檢測范圍可能更短。

　　當(dāng)在測試中使用時，例如在無損檢測(NDT)中，超聲傳感器可以以更高的頻率進行傳輸，通常在1 MHz到10 MHz之間。

　　用于醫(yī)學(xué)超聲應(yīng)用的超聲傳感器也更高。為了治療目的，它們通常以低于2 MHz的頻率發(fā)射，而出于成像目的，則在1–20 MHz的范圍內(nèi)發(fā)射。 　　在需要非接觸式距離測量的情況下，可以使用通過空氣在30-300 kHz范圍內(nèi)傳輸?shù)墓I(yè)超聲波傳感器。

　　此類超聲波傳感器的工作原理是，將超出人類聽覺范圍的聲音脈沖發(fā)送到目標(biāo)，并測量回聲返回所花費的時間。

　　由于聲速將是已知的數(shù)字，因此傳感器可以確定到目標(biāo)的距離并相應(yīng)地設(shè)置其輸出。

　　在存在溫度變化或波動的情況下，超聲波傳感器可以自動對溫度補償應(yīng)用偏移比例。

　　二、超聲波傳感器的應(yīng)用

　　超聲波應(yīng)用分為三大測量類別。

　　1、液位

　　密閉或敞開式水箱中的液位和固體液位

　　管理和監(jiān)測河道，溪流，池塘和運河的水位

　　測量河流和水域的水位，以警告有關(guān)方面發(fā)生洪水和海嘯

　　管理用水以保護，安全和提高效率

　　監(jiān)控燃料庫存，其使用情況和潛在的盜竊

　　測量堰，通道和水槽中液體的高度，以計算洗脫液和水的體積流量

　　2、距離范圍和尺寸

　　測量容器和盒子等物體的高度和大小

　　計算紙張，薄膜或箔紙的卷筒直徑，以檢測諸如卷筒紙張力或卷筒上剩余量之類的變量

　　在物料從一臺機器移動到另一臺機器時測量物料的自由循環(huán)，以防止損壞

　　在閉環(huán)系統(tǒng)中測量對象的位置以保持或控制其位置

　　3、物體檢測或接近檢測

　　可以檢測對象以進行計數(shù)，安全保護，庫存清點，或幫助自動移動代理(例如機器人)避開障礙物

　　檢測信息亭中的人員，以及他們是否正在接近或離開

　　可以在整個傳感器范圍內(nèi)監(jiān)控目標(biāo)，也可以將其限制在用戶定義的距離范圍內(nèi)

　　更長距離的應(yīng)用可能涉及檢測物體和/或材料的存在與否，以及避開障礙物。

　　工業(yè)超聲波傳感器能夠檢測大目標(biāo)和小目標(biāo)。這可以包括固體，液體和顆粒材料。

　　超聲波傳感器不受諸如顏色，透明度，反射率或不透明性等光學(xué)特性的影響。某些變量(包括目標(biāo)的形狀，大小和方向)將影響超聲波傳感器可以檢測到的最大距離。

　　三、超聲波傳感器是如何使用的?

　　超聲波傳感器的實際應(yīng)用實例包括測量橋下的水位、油箱中柴油的液位、確保給農(nóng)作物提供正確數(shù)量的水、打開水泵給油箱加水、或當(dāng)液位達到預(yù)定點或觸發(fā)警報時啟動電機。

　　超聲波傳感器可以檢測大大小小的目標(biāo)，如液體、固體和顆粒狀物質(zhì)。它們可用于存在電噪聲的機械、電機驅(qū)動、電氣和機電控制。

　　腐蝕性、涂層、結(jié)垢或臟物可能會影響接觸傳感器的性能和維護成本。

　　在被測材料不能因接觸測量應(yīng)用而被破壞的環(huán)境中，非接觸式超聲波傳感器將比接觸式超聲波傳感器具有明顯的優(yōu)勢。

　　正常的大氣壓力變化和容器中的微小壓力變化可能會影響超聲波傳感器的工作。溫度可以通過使用最合適的傳感器進行補償。然而，在一般情況下，濕度不是一個重要的因素——相對濕度變化為0.036%/10%RH。

　　四、如何選擇超聲波傳感器?

　　超聲波傳感器具有多種變體和規(guī)格，可以滿足不同的測量標(biāo)準(zhǔn)和限制。這增加了客戶找到適合其獨特應(yīng)用的傳感器的可能性，但也增加了潛在的復(fù)雜性。

　　選擇合適的超聲波傳感器需要考慮許多變量，包括測量應(yīng)用，輸出要求，物體距離和環(huán)境條件。

　　測量應(yīng)用：

　　每個非接觸式距離測量應(yīng)用可能具有不同的要求和約束。超聲傳感器可以是用于腐蝕性環(huán)境操作的不銹鋼，例如，支持遠距離測量的無線功能，或用于多傳感器過程的抗串?dāng)_功能。

　　在決定傳感器的設(shè)計和構(gòu)造時，必須考慮到被測物體的化學(xué)特性。在要測量水的地方，可能需要使用通用傳感器?；蛘撸谝獪y量強化學(xué)物質(zhì)的情況下，使用更具化學(xué)抗性的模型。

　　最大/最小測量距離：

　　如果傳感器離物體太近，則可能無法準(zhǔn)確測量距離。相反，如果傳感器離物體太遠，則可能無法檢測到該物體。 　　在為距離測量應(yīng)用選擇傳感器的情況下，需要針對預(yù)期的最小和最大測量距離進行正確評估。

　　確定所需的有用工作范圍時，應(yīng)考慮許多因素。

　　比如物質(zhì)狀態(tài)。

　　與聲波相互作用時，固體和液體的行為會有所不同。反過來，這將導(dǎo)致與超聲傳感器的不同交互。對于液體測量應(yīng)用，最合適的選擇是傳感器的范圍至少比預(yù)期的最大測量距離大25%。

　　范圍至少比預(yù)期的最大測量距離大50%的傳感器最適合干法測量應(yīng)用。

　　還有尺寸，形狀和方向。

　　這三個變量會影響超聲波傳感器可以檢測到材料的最大距離。例如，一大堆平水將具有一定距離的最容易檢測到的表面。

　　相比之下，彎曲或顆粒狀的物品將更難在傳感器的最大范圍內(nèi)檢測到。

　　傳感器輸出：

　　超聲波傳感器的輸出是根據(jù)測量讀數(shù)建立的。在特定情況下，如覆蓋條件，可根據(jù)目標(biāo)未被檢測到的可能性或用戶選擇的響應(yīng)算法來確定。

　　輸出有以下三個選項：

　　第一，模擬量，電壓或電流輸出信號將隨著被測距離的變化而變化。

　　第二，串行數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)將依次傳輸?shù)街付ǖ倪B接設(shè)備。

　　第三，開關(guān)/繼電器，開關(guān)輸出按設(shè)定的距離開啟或關(guān)閉，進而按預(yù)先設(shè)定的距離啟動和停止特定的外部動作或指示燈。

　　考慮到傳感器將插入的系統(tǒng)類型，以及要連接到傳感器的設(shè)備，這是非常相關(guān)的。在選擇三種輸出選項時，應(yīng)將此作為決策過程的一部分。

　　應(yīng)用環(huán)境條件：

　　為了在各種工業(yè)環(huán)境中提供值得信賴的距離測量性能，超聲波傳感器需要按照相關(guān)環(huán)境條件下的規(guī)格進行設(shè)計。 　　在選擇超聲波傳感器時，有許多環(huán)境因素需要考慮。

　　溫度因素

　　根據(jù)溫度的不同，聲速也會發(fā)生變化，這可能會影響傳感器與目標(biāo)物體之間的距離計算精度。這可能會影響傳感器和目標(biāo)物體之間距離的計算精度。

　　氣候

　　環(huán)境材料的堆積，如雪、泥、灰塵和冰，可能會阻礙傳感器表面。這可能會阻礙超聲波的傳輸或接收。

　　污染物

　　污染物可能會進入超聲波傳感器，影響其功能。ToughSonic傳感器系列采用全環(huán)氧樹脂灌封結(jié)構(gòu)。電纜采用紫外線屏蔽，并采用NEMA-4X/IP68/NEMA-6P或聚合物或不銹鋼外殼，以確保在惡劣的戶外環(huán)境中的彈性。

　　壓力/真空

　　超聲波傳感器不能用于真空或高壓應(yīng)用。

　　超聲波噪音

　　來自鄰近設(shè)備的超聲波噪聲，例如，空氣噴嘴、超聲波焊接機和氣動閥，會阻礙測量操作?？捎嬎愕?、可編程的模型可以被配置來補救這些影響。