Objectif et principe de fonctionnement d'un capteur à ultrasons. Les modes de fonctionnement courants sont décrits : systèmes unidirectionnels/bidirectionnels et systèmes avec réflecteurs.

Objectif et principe de fonctionnement d'un capteur à ultrasons

Physique et technologie

L'objectif principal d'un capteur à ultrasons est de mesurer la distance jusqu'à un objet contrôlé ou d'enregistrer l'apparence d'un objet dans le « champ de vision » du capteur.
Les capteurs à ultrasons utilisent les ondes ultrasonores comme support d'informations. Le transducteur envoie une impulsion sonore et convertit le signal réfléchi reçu en tension. En mesurant le temps avant l'arrivée du signal réfléchi à partir du facteur vitesse du son, le contrôleur intégré au capteur calcule la distance à l'objet.
Les capteurs à ultrasons utilisent les ondes ultrasonores comme support d'informations.

En fonction des conditions de fonctionnement et des caractéristiques de l'objet contrôlé, il est conseillé d'utiliser une méthode de contrôle unidirectionnelle ou bidirectionnelle ou réfléchissante.

Systèmes unidirectionnels

L'émetteur et le récepteur sont montés en face. Si le trajet du signal ultrasonore est interrompu par un objet, la sortie du capteur devient active.

Avantage: Haut de gamme.

Systèmes réfléchissants

L'émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier. Les ultrasons sont réfléchis par un réflecteur proche.

Avantage: Les objets non réfléchissants ou peu réfléchissants peuvent également être reconnus.

Mode de réflexion d'objet

Il existe 2 principaux types fonctionnels :

Mode unidirectionnel

L'émetteur et le récepteur sont situés dans le même boîtier. Les ultrasons sont directement réfléchis par l'objet enregistré vers le récepteur.

Avantages : Un capteur simple et compact, principe le plus couramment utilisé.

Mode bidirectionnel

L'émetteur et le récepteur sont séparés, les secteurs d'émission/réception (émetteur/récepteur) se croisent.

Avantages : Zone d'enregistrement 3D - détecte les très petits objets.

Comme un capteur optique, un capteur à ultrasons est largement utilisé pour l'automatisation dans les usines et à la maison. Le principe de son fonctionnement repose sur la détermination de la distance à un objet à l'aide d'un rayonnement acoustique.

Les mesures sont stables et très précises. Leur portée est comprise entre 2 et 400 cm. Les lectures ne sont affectées ni par le bruit électromagnétique ni par le rayonnement solaire.

Dans la vie de tous les jours, ils sont utilisés pour allumer automatiquement la ventilation et l'éclairage. Ces appareils à ultrasons réagissent aux mouvements aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur. Lorsqu'une personne s'approche, elle s'active, allumant la lumière, qui s'éteint s'il n'y a aucun mouvement. Cela simplifie la vie des utilisateurs et économise de l’énergie.

Comme déjà mentionné, un capteur à ultrasons signifie une grande précision, une stabilité des lectures, une indépendance vis-à-vis des influences extérieures, mais aussi :

• faible sensibilité à la pollution atmosphérique;
• indépendance de la couleur des objets auxquels la distance est déterminée ;
• large plage de températures de fonctionnement ;
• dimensions compactes;
• pas besoin d'expérience particulière pour travailler avec eux ;
• assemblage de haute qualité, puisqu’il n’y a pas de pièces mobiles.

En plus des avantages énumérés, ces capteurs à ultrasons ne nécessitent aucun entretien.

Types

Les appareils à ultrasons peuvent être internes ou externes.

Les premiers sont divisés en :

• mur;
• coin;
• plafond

Lors du choix de tels appareils à ultrasons, il est important de comprendre qu'ils diffèrent par le type d'installation et la conception. Pour contrôler l'éclairage extérieur, choisissez des modèles externes équipés d'un boîtier de protection nécessaire pour protéger contre les impacts physiques et les conditions météorologiques. Les appareils à ultrasons domestiques ne disposent pas d'une telle protection.

Ils sont également classiquement divisés en :

• capteur de distance à ultrasons ;

• mouvements;

• niveau.

Principe d'opération

Elle repose sur deux méthodes - diffuse et oppositionnelle :

• si la période de temps nécessaire au son pour parcourir la distance entre l'appareil et l'objet et retour est mesurée, il s'agit du mode diffus ;
• lorsqu'ils vérifient si un objet spécifique a reçu un signal envoyé par l'appareil, le mode est appelé oppositionnel.

Application

Les capteurs de position à ultrasons sont utilisés pour :

• déterminer l'emplacement et la présence de divers mécanismes ;
• compter le nombre d'objets spécifiques.

L'appareil peut servir de dispositif de signalisation, informant que des liquides ou des solides ont atteint le niveau autorisé.

Dans ce cas, deux appareils distincts sont nécessaires : le récepteur et l'émetteur doivent être installés en face. Dans ce cas, la sortie du commutateur sera activée lorsque le faisceau ultrasonore atteint l'objet.

Les fonctionnalités incluent:

• une plus grande portée;
• commutation instantanée ;
• résistance aux interférences, permettant son utilisation dans des cas particulièrement difficiles.

Parmi les inconvénients, on peut noter les coûts d'installation assez élevés, puisqu'il faut installer deux capteurs.

Ils sont utilisés dans l’industrie et dans la vie quotidienne pour allumer et éteindre automatiquement les lumières. Mais il n'est pas du tout nécessaire d'acheter un capteur - il est facile de le fabriquer vous-même en trouvant des instructions étape par étape sur Internet.

Si le récepteur et l'émetteur sont placés dans le même boîtier, ils parlent de mode diffus. Les principaux avantages de la méthode sont le faible coût d’installation, puisqu’un seul appareil est installé.

Ses inconvénients sont les suivants :

• temps de réponse plus long par rapport aux appareils fonctionnant en mode opposition.

Le fonctionnement des capteurs de mouvement et de distance à ultrasons est similaire à celui décrit ci-dessus. La seule différence réside dans le signal de sortie, c'est-à-dire au lieu de discret, il y a de l'analogique.

Ces appareils sont capables de convertir des signaux linéaires vers un objet spécifique en signaux électriques répondant aux normes de 1 à 10 volts ou de 4 à 20 mA.

L'erreur de calcul est égale à :

• 0,5 mm à une distance de l'objet étudié jusqu'à un mètre ;
• 1 mm – plus d'un mètre.

Connexion

Pour une utilisation domestique sûre, il est important de connecter correctement le disjoncteur, de prendre en compte les nuances qui existent pour l'installation des types d'équipements, d'évaluer les performances des disjoncteurs dans différentes situations, avant de procéder à la connexion au panneau.

Le succès du câblage électrique dans la maison et de l'installation sera déterminé par un schéma bien conçu du capteur à ultrasons et le strict respect des étapes d'installation. Pour les appareils dotés d'une entrée analogique et d'une valeur limite supérieure de lecture, il est nécessaire d'indiquer la limite supérieure.

Les fentes pour potentiomètres situées sur le boîtier permettent d'y parvenir.

Pour les appareils dotés d'une entrée analogique qui stocke la plage de fonctionnement, les paramètres fixes pour les deux limites sont importants, ce qui s'explique par leur mémoire volatile et leur méthode de programmation.

Comment configurer une plage de travail

Pour ce faire, placez l'objet devant le capteur sur la première limite de la lecture, appuyez sur la touche de mémorisation, puis, en le déplaçant vers l'autre limite, utilisez à nouveau le bouton.

Appareil avec deux sorties numériques

Un dispositif avec deux sorties numériques avec un seuil de commutation, de sorte que pour réguler les seuils, il est important que la valeur du niveau ou de l'affaissement du liquide ne soit pas supérieure à une valeur ou inférieure à une autre.

Pour ce régulateur, le fil est connecté à un seul appareil. Sur le panneau, pour définir le seuil de réponse, il y a une touche à l'aide de laquelle vous configurez les deux sorties.

Les deux capteurs doivent être installés à proximité immédiate, car ils fonctionnent en alternance. Cela permet de mettre en œuvre une entrée de synchronisation, qui à son tour contribue à créer un contrôleur à quatre seuils mesurant les seuils de réponse des deux paires.

Appareils de niveau

Un capteur de niveau à ultrasons est un appareil multifonctionnel. Il peut mesurer le remplissage des réservoirs de liquide et servir de débitmètre.

L'utilisation d'un schéma électrique compétent permet d'ajuster le liquide dans les récipients selon deux valeurs.

L’un des capteurs est utilisé pour mesurer les niveaux de contrôle, l’autre pour mesurer les niveaux d’urgence. La synchronisation des appareils les empêche d'interférer avec le travail de chacun.

Grâce à des capteurs de niveau modernes, la quantité de liquide dans le fluide est surveillée sans contact direct :

• agressif;
• contaminé;
• corrosif.

Ceci est important pour des domaines tels que :

• industries alimentaires, pharmaceutiques et chimiques ;
• traitement de l'eau

Le fonctionnement de la jauge de niveau repose sur la propagation du signal ultrasonore envoyé par le capteur, sa réception et le calcul du remplissage du récipient.

Vidéo

Vidéo : Travailler avec le capteur de distance à ultrasons HC-SR04 dans BASCOM-AVR

Prix

Selon la marque et la fonctionnalité du fabricant, vous pouvez acheter des capteurs à ultrasons à un prix de 2300 à 6000 roubles.

Les boutiques en ligne suivantes proposent des achats rentables de capteurs à ultrasons :

Vidéo : Capteur à ultrasons

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● Projet 23 : Capteur de distance à ultrasons HC-SR04. Principe de fonctionnement, connexion, exemple

Dans cette expérience, nous examinerons un capteur à ultrasons pour mesurer la distance et créerons un projet pour afficher les lectures du capteur sur l'écran LCD WH1602.

Composants requis :

Le télémètre à ultrasons HC-SR04 (Fig. 23.1) est un récepteur et un émetteur d'un signal ultrasonique placé sur une seule carte. L'émetteur génère un signal qui, réfléchi par un obstacle, atteint le récepteur. En mesurant le temps nécessaire à un signal pour se rendre à un objet et en revenir, vous pouvez estimer la distance. En plus du récepteur et de l'émetteur eux-mêmes, la carte contient également le câblage nécessaire pour rendre le travail avec ce capteur simple et pratique.

Caractéristiques du télémètre à ultrasons HC-SR04 :

Plage de mesure - de 2 à 500 cm ;
. précision - 0,3 cm;
. angle de vue -< 15°;
. tension d'alimentation - 5 V.

Le capteur dispose de 4 broches standards de 2,54 mm :

VCC - Alimentation +5 V ;
. Trig (T) - sortie du signal d'entrée ;
. Echo (R) - sortie du signal de sortie ;
. GND - masse.

La séquence d'actions pour obtenir des données est la suivante :

Appliquez une impulsion de 10 µs à la broche Trig ;
. à l'intérieur du télémètre, l'impulsion d'entrée est convertie en 8 impulsions d'une fréquence de 40 kHz et envoyée via l'émetteur T ;
. après avoir atteint l'obstacle, les impulsions envoyées sont réfléchies et reçues par le récepteur R, ce qui donne lieu à un signal de sortie sur la broche Echo ;
. directement côté contrôleur, nous convertissons le signal reçu en distance en utilisant la formule :

Largeur d'impulsion (µs) / 58 = distance (cm) ;
-- largeur d'impulsion (µs) / 148 = distance (pouces).

Dans notre expérience, nous allons créer une alarme sonore qui s'allumera à l'approche de la carte Arduino à une distance inférieure à 1 m. Le capteur est placé sur le support d'un servo rotatif et surveille l'espace avec un angle de vision de 180°. . Si le capteur détecte un objet dans un rayon de 1 m, un signal sonore est envoyé à l'émetteur piézo et la rotation du servo s'arrête. Le schéma de connexion des éléments est présenté sur la Fig. 23.2.

Riz. 23.2. Schéma de connexion des éléments de signalisation sonore

Lors de l'écriture d'une esquisse, nous utiliserons la bibliothèque Servo pour travailler avec un servomoteur et la bibliothèque Ultrasons.
Pour travailler avec Arduino avec le capteur HC-SR04, il existe une bibliothèque prête à l'emploi - Ultrasons.
Le constructeur Ultrasonique prend deux paramètres : les numéros des broches auxquelles les broches Trig et Echo sont connectées, respectivement :

Ultrasonique ultrasonique(12,13);

Le contenu du croquis est présenté dans le listing 23.1.

#inclure // connecte la bibliothèque Servo Servoservo1 ; const int pinServo=8 ; // broche pour connecter le servo variateur int pos = 0 ; // variable pour stocker la position du servo int rép =1 ; // direction du mouvement du servo // Broches pour connecter HC-SR04 Trig - 12, Echo - 13 Ultrasonique ultrasons ( 12 , 13 ) ; flotteur dist_cm; // variable pour la distance, cm // connecte le haut-parleur à la broche 9 int haut-parleurPin = 9 ; void setup(){ // connecte la variable servo1 à la broche pinServo1 servo1.attach(pinServo1); pinMode (haut-parleurPin, SORTIE); ) boucle vide()(servo1.write(pos); // faites pivoter les servos à l'angle résultant retard(15); // pause pour attendre que les servos tournent float dist_cm = ultrasonic.Ranging(CM); si (dist_cm<100 && dist_cm>20 ) tonalité (speakerPin,); // active le buzzer piézo sinon ( tonalité(speakerPin,0 ); // désactive le buzzer piézo pos=pos+rép; // change la variable de position du servo si (pos==0 || pos==180 ) dir=dir*(-1 ); // changer la direction du mouvement } }
Ordre de connexion :

1. Fixez le capteur de distance HC-SR04 au servomoteur.
2. Connectez le capteur HC-SR04, le buzzer piézoélectrique et le servomoteur à la carte Arduino selon le schéma de la Fig. 23.2.
3. Chargez le croquis du listing 23.1 sur la carte Arduino.
4. Observez le mouvement cyclique du servomoteur ; lorsqu'un objet entre dans le champ de vision du capteur HC-SR04, le buzzer piézo émet un signal, le servomoteur s'arrête et lorsque l'objet disparaît du champ de vision du servomoteur. capteur, le servo variateur reprend son mouvement.

Listes de programmes

Le capteur à ultrasons mesure la distance jusqu'aux objets cibles dans les airs à l'aide d'une technologie sans contact. Il est facile à utiliser, fiable et économique. Le principe de fonctionnement de cet appareil repose sur la technique utilisée par différents animaux. Le gadget fournit des mesures précises dans de nombreux environnements difficiles et matériaux inhabituels.

Caractéristiques du travail et histoire de l'invention

Le capteur à ultrasons émet à intervalles réguliers de courtes impulsions sonores à haute fréquence. Ils voyagent dans les airs à la vitesse du son. Si les impulsions entrent en collision avec un objet, elles sont réfléchies vers le capteur sous forme de signaux d'écho. L'appareil calcule indépendamment la distance jusqu'à la cible en fonction de l'intervalle de temps entre l'émission du signal et la réception de l'écho.

Puisque la distance à un objet est déterminée en mesurant le temps de vol et non par l'intensité du son, Les capteurs à ultrasons sont idéaux pour supprimer le bruit de fond. Presque tous les objets qui réfléchissent le son peuvent être détectés, quelle que soit leur couleur. Les matériaux transparents ou les feuilles fines ne posent pas non plus de problème aux ondes ultrasonores, car l'appareil est capable de voir à travers la poussière, l'air et les brouillards d'encre. Même de minces dépôts sur la membrane sensorielle n'altèrent pas son fonctionnement.

L'invention du capteur à ultrasons remonte à 1790, lorsque Lazzaro Spallanzani découvrit pour la première fois que les chauves-souris manœuvraient leur vol en utilisant l'ouïe plutôt que la vision. Spallanzani a mené une série d'expériences sur les chauves-souris, après quoi il est arrivé à la conclusion qu'elles utilisaient le son et les oreilles pour naviguer dans l'obscurité totale. Il a été un pionnier dans l’étude originale de l’écholocation, même si ses recherches se limitaient uniquement à l’observation.

Plus tard, les scientifiques se sont tournés vers la recherche sur les mécanismes sensoriels. Dans les années 1930, le chercheur Donald Griffin a été le premier à confirmer que les chauves-souris se déplacent en utilisant le son pour se déplacer et a percé le secret de leur remarquable capacité à naviguer dans l'obscurité. Comme nous l’avons découvert, les animaux émettaient des ultrasons et entendaient des ondes sonores réfléchies pour identifier avec précision les objets sur leur trajectoire de vol. Griffin a appelé la forme sensori-acoustique de l'écholocation de navigation des chauves-souris.

L'écholocation est l'utilisation d'ondes sonores et d'échos pour déterminer où se trouvent les objets et à quelle distance.

La capacité de détecter et d’émettre des fréquences ultrasonores au-dessus de la portée auditive humaine est un outil de survie important, pas seulement pour les chauves-souris. Les animaux nocturnes et marins s'appuient sur des systèmes sensoriels pour naviguer et trouver des proies, tandis que certains insectes utilisent l'audition ultrasonique pour détecter les prédateurs. Cette capacité est importante pour de nombreux animaux.

Module capteur à ultrasons se compose d'un émetteur et d'un récepteur. Tout son supérieur à 20 kilohertz (20 000 hertz) est considéré comme un échographie. Pour cette raison, tous les sons situés au-dessus de la portée de l’audition humaine sont appelés ultrasons. L'émetteur émet des ondes ultrasonores de 40 kHz, mais le récepteur est conçu pour recevoir uniquement des ondes sonores de 40 kHz. Un capteur récepteur situé à proximité de l'émetteur peut capter les ondes sonores réfléchies lorsque le module rencontre un obstacle devant lui.

Chaque fois qu'il y a un obstacle devant le module à ultrasons, il calcule le temps nécessaire pour envoyer et recevoir des signaux, car le temps et la distance sont liés aux ondes sonores voyageant dans l'air à une vitesse de 343,2 m/sec. Après avoir reçu le signal, les données sont affichées sur l'écran. Ainsi une large gamme de matériaux peut être mesurée, notamment :

• dur ou mou;
• coloré ou transparent;
• plat ou courbé.

Appareil et caractéristiques techniques

Ces appareils peuvent déterminer la hauteur, la largeur et le diamètre des objets à l'aide d'un ou plusieurs capteurs. Les éléments peuvent être sélectionnés ou rejetés en fonction de leurs tailles ou profils.

Un capteur de distance à ultrasons détermine la distance à un objet en mesurant le temps nécessaire au son pour se réfléchir. La fréquence sonore se situe dans la plage ultrasonique, ce qui permet une direction plus précise de l'onde sonore. Cela est dû au fait que le son à une fréquence plus élevée est dissipé dans l’environnement.

L'appareil contient deux membranes. L'un d'eux produit le son et l'autre reçoit l'écho réfléchi. Les membranes de l'appareil sont généralement un haut-parleur et un microphone. Le générateur de sons crée de courtes impulsions ultrasoniques et démarre la minuterie. La deuxième membrane enregistre l'arrivée d'une impulsion sonore et arrête le chronomètre. À partir du temps obtenu, vous pouvez calculer le chemin parcouru par le son. La distance jusqu'à l'objet est la moitié de la distance parcourue par l'onde sonore.

Applications et avantages

Les capteurs de distance sont largement utilisés dans la vie quotidienne. Les voitures sont équipées de capteurs de stationnement. En plus de mesurer des distances, ils peuvent simplement enregistrer la présence d'un objet dans la plage de mesure, par exemple dans les zones dangereuses des machines en fonctionnement. De tels appareils utilisé dans un large éventail d’industries, par exemple :

Les capteurs de distance peuvent être utilisés pour surveiller ou indiquer la position d'objets et de matériaux. Ces instruments sont si largement utilisés qu'ils peuvent être mis en œuvre de manière fiable dans des applications telles que la mesure de la taille des grains de matériaux, la détermination des niveaux d'eau et bien plus encore, car les ultrasons se reflètent sur presque toutes les surfaces. Les seules exceptions sont les matières douces, comme la laine. Sa surface absorbe les ondes ultrasonores et ne reflète pas le son.

Les télémètres à ultrasons sont supérieurs aux capteurs infrarouges car ils ne sont pas affectés par la fumée et d'autres éléments. Bien que ce système ne soit pas totalement parfait, il constitue une solution efficace, fiable et rentable pour déterminer la distance et les obstacles.

Les gadgets se connectent à tous les types courants d’outils d’automatisation et de télémétrie. Les applications vont des simples connexions analogiques aux réseaux de données complexes avec plusieurs capteurs.

• Principes de travail
• Modes de fonctionnement
• Applications
• Règles d'installation
• Zones de détection

Description des capteurs à ultrasons Microsonic

Les capteurs à ultrasons émettent de courtes impulsions sonores à haute fréquence à un intervalle spécifique. Ils voyagent dans les airs à la vitesse du son. Lorsqu’il rencontre un objet, l’onde sonore y est réfléchie sous forme d’écho. Le capteur détecte ce signal et calcule la distance jusqu'à l'objet en fonction de l'intervalle de temps entre la mesure du signal et la réception de l'écho du signal.

Les capteurs à ultrasons sont idéaux pour supprimer le bruit de fond, car la distance par rapport à un objet est déterminée en mesurant le temps de vol de l'onde sonore, et non son intensité. Presque tous les matériaux réfléchissant le son peuvent être utilisés comme objets de détection, quelle que soit leur couleur. Même les matériaux transparents et les films minces ne posent aucun problème aux capteurs à ultrasons. Les capteurs microsoniques à ultrasons peuvent détecter des cibles à des distances de 30 mm à 8 m, tout en produisant des mesures avec une très grande précision. Certains modèles de capteurs sont capables de mesurer avec une précision allant jusqu'à 0,18 mm. Les capteurs à ultrasons peuvent voir à travers l’air poussiéreux, le brouillard ou les particules de toner. Même un petit dépôt sur la membrane du capteur n'affecte pas son fonctionnement. La zone aveugle du capteur n'est que de 20 mm et la densité de flux émis est très faible, ce qui permet d'utiliser les capteurs dans des applications complètement nouvelles. Les capteurs mesurent le niveau de remplissage des petites bouteilles sur le convoyeur et peuvent même détecter la présence de fils fins.

Description générale des capteurs à ultrasons à sortie analogique et discrète.

Un capteur à ultrasons est un dispositif constitué d'un émetteur d'ultrasons, d'une partie électronique et, du côté opposé, d'un connecteur ou câble de sortie. Le capteur génère un signal analogique proportionnel à la distance par rapport à l'objet ou un signal discret qui change lorsque l'objet atteint une distance prédéterminée.

La partie électronique contient un élément piézoélectrique, qui émet des ultrasons en mode génération et convertit les vibrations reçues en courant électrique en mode réception. Le capteur contient des circuits de commande et des convertisseurs. Un circuit électronique mesure le temps nécessaire aux ultrasons pour traverser le milieu et le convertit en un signal de sortie analogique ou numérique.

On distingue les types de capteurs suivants :

• des dispositifs fonctionnant sur le principe de la réflexion d'un signal provenant d'un objet ;
• dispositifs qui détectent un objet, situés entre le récepteur et l'émetteur.

La précision de la mesure dépend des facteurs suivants :

• température ambiante (à cet égard, une compensation de température a été introduite) ;
• l'humidité de l'air dans lequel se propagent les ultrasons ;
• moyenne pression.

Étant donné que les principales informations sur la distance à un objet sont fournies par le signal réfléchi, les caractéristiques de la surface ainsi que l'angle d'incidence de l'onde sonore influencent considérablement le fonctionnement des capteurs à ultrasons. Les capteurs fonctionnent mieux avec les surfaces hautement réfléchissantes : verre, liquides, métal lisse, bois, plastique. Pour un fonctionnement stable du capteur, il est recommandé que les surfaces à relief rugueux soient situées dans une position proche de la perpendiculaire à la direction du faisceau.
Pour les surfaces lisses, un écart par rapport à la direction perpendiculaire du faisceau ultrasonore n'est pas autorisé de plus de 3 degrés.

À l'endroit où les capteurs sont installés, les flux d'air turbulents doivent être évités et le fait de l'influence mutuelle des capteurs lorsqu'ils sont proches les uns des autres doit être pris en compte. Ici, vous pouvez vous fier aux données du tableau donné dans la section « Règles d'installation ».

Exemples d'utilisation

	Les capteurs à ultrasons déterminent la distance à la surface de presque tous les liquides.			Les capteurs à ultrasons sont parfaits pour travailler avec des objets transparents.
	Des capteurs à ultrasons peuvent être utilisés pour mesurer les niveaux de peinture.			Les capteurs détectent presque tous les tissus.
	Blanc sur blanc, noir sur noir ? Les capteurs à ultrasons détectent les objets quel que soit l'arrière-plan dans lequel ils se trouvent.			Sciure, gravier ou sable fin Pour mesurer le niveau de ces matériaux, les capteurs à ultrasons n'ont pas de concurrents.

Modes de fonctionnement des capteurs à ultrasons Microsonic

Mode capteur de présence d'objet Le capteur à ultrasons dans ce mode fonctionne comme un capteur de proximité classique (capacitif, optique, etc.). Le capteur se déclenche lorsqu'un objet s'approche du capteur à une distance inférieure ou égale à la distance de déclenchement spécifiée. Ce mode permet de compter la quantité ou de déterminer la présence d'un objet.		Mode fenêtre Dans ce mode, le capteur se déclenche uniquement lorsque l'objet se trouve dans une certaine zone, spécifiée par deux valeurs - minimum et maximum. Ce mode peut être utilisé pour contrôler les dimensions du produit ou contrôler la position des objets dans divers systèmes de contrôle.
Dans ce mode, contrairement au mode fenêtre, le capteur ignore les ondes sonores réfléchies par les objets situés plus près que la distance de réponse spécifiée. Cela permet d'ignorer les petits objets situés au premier plan devant la zone de réponse (par exemple, le goulot d'une bouteille lors du contrôle du niveau de remplissage d'un produit dans un récipient en verre ou en pet). Dans ce cas, le capteur fonctionne comme un capteur de distance.		Pour fonctionner dans ce mode, un réflecteur est nécessaire. Tout objet qui réfléchit bien le son (par exemple, une plaque métallique) peut être utilisé comme réflecteur. Ce mode est utilisé pour travailler avec des objets qui réfléchissent mal le son ou des objets à géométrie complexe (lorsque les ondes sonores réfléchies ne frappent pas la surface du capteur). Dans ce cas, le capteur fonctionne comme un capteur de distance.
Dans ce mode, le capteur produit un signal de 4...20 mA ou 0...10 V, proportionnel à la distance à l'objet. Le capteur peut définir les limites de la plage de fonctionnement, ainsi que le type de signal - directement ou inversement proportionnel à la distance. Quels que soient la plage de fonctionnement et le type de capteur, la résolution est toujours de 0,025 à 0,36 mm. Dans ce cas, le capteur fonctionne comme un capteur de distance.		Certaines séries de capteurs microsoniques peuvent être utilisées pour surveiller 2 feuilles ou plus qui sont accidentellement pressées l'une contre l'autre. Ce système peut être utilisé pour identifier du papier, des films, du carton ou du film. Le capteur détecte la présence de feuilles doubles ou l'absence de feuilles du tout. Dans ce cas, le capteur fonctionne comme un capteur de position ou un capteur de proximité.
Capteur à ultrasons avec sortie numérique (IO-Link) Effectue une communication continue à tous les niveaux de l’architecture du système, du capteur jusqu’à la limite supérieure de la plage de fonctionnement. La distance mesurée est transmise au contrôleur sous forme de séquence de bits.		Il fonctionne sur le même principe que le capteur de contrôle double feuille. Puisque l’adhésion interne des autocollants au substrat est une liaison sans couche d’air entre eux, les capteurs d’autocollants doivent être calibrés au substrat et aux autocollants eux-mêmes.
Conçu en forme de fourche et fonctionne également comme une barrière unidirectionnelle. Il est utilisé pour contrôler le mouvement le long d'une trajectoire et produit un signal analogique de 0...10 V ou 4...20 mA, proportionnel à l'orientation du bord de la trajectoire.

Domaines d'utilisation

Réglages principaux

Zone aveugle. Définit la distance minimale de détection. Aucun objet ni réflecteur ne doit être placé dans l'angle mort car cela entraînerait des mesures incorrectes.

Portée de détection. Représente la distance de détection maximale dans des conditions de réflexion idéales.

Il s’agit d’une zone de fonctionnement typique d’un capteur. Le capteur peut également fonctionner à des distances allant jusqu'à la portée maximale si la réflexion est bonne.

Règles d'installation et d'utilisation des capteurs

Les capteurs à ultrasons peuvent fonctionner dans n'importe quelle position. Toutefois, les positions qui provoquent une contamination grave de la surface du capteur doivent être évitées. Des gouttes d'eau et divers dépôts sur la surface du capteur peuvent affecter le fonctionnement, mais une petite couche de poussière ou de peinture n'affectera pas le fonctionnement. Pour scanner des objets avec une surface plane et lisse, les capteurs doivent être installés à un angle de 90 ±3°. D’un autre côté, les surfaces inégales peuvent être couvertes sous de grands angles. Dans le concept de capteurs à ultrasons, une surface est considérée comme rugueuse lorsque la profondeur de sa rugosité est supérieure ou égale à la longueur de l'onde ultrasonore. Le son est alors réfléchi sous une forme diffuse, ce qui entraîne une portée de fonctionnement plus courte. Dans le cas de surfaces rugueuses, l'écart angulaire maximal admissible et la plage de détermination maximale possible doivent être déterminés expérimentalement. Les matériaux insonorisants tels que le coton ou la mousse souple réduisent également la portée de fonctionnement. En revanche, les matériaux solides liquides sont de très bons réflecteurs sonores.

Position et timing de montage. Deux ou plusieurs capteurs installés côte à côte peuvent s’influencer mutuellement. Pour éviter cela, les capteurs doivent être installés à une distance suffisamment grande ou synchronisés les uns avec les autres. Le tableau suivant indique les distances de montage minimales entre les capteurs non synchronisés.

Les distances d'installation doivent être considérées comme des valeurs standard. Lorsque les objets sont placés inclinés, le son peut être réfléchi sur un capteur adjacent. Dans ce cas, les distances minimales d'installation doivent être déterminées expérimentalement.

Certains capteurs peuvent être synchronisés entre eux, permettant des distances de montage plus courtes que celles indiquées dans le tableau. Si les capteurs à ultrasons sont installés à une distance plus courte que celles indiquées dans le tableau, ils doivent être synchronisés entre eux, ce qui leur permettra de prendre des mesures en même temps.

La plupart des capteurs microsoniques ont une synchronisation intégrée, qui est activée en connectant la broche 5 du connecteur. D'autres capteurs nécessitent un signal d'horloge externe.

Redirection audio. L'onde sonore peut être redirigée sans perte significative à l'aide d'une surface lisse et réfléchissant le son. À l'aide d'un équipement supplémentaire, vous pouvez dévier le son de 90°. Cela peut être utilisé dans des applications spéciales.

Précision. La précision absolue est l'écart entre la distance réelle entre le capteur et l'objet et la distance mesurée par le capteur. La précision dépend des propriétés réfléchissantes de l'objet et des phénomènes physiques affectant la vitesse du son dans l'air. Les objets ayant de faibles propriétés réfléchissantes ou présentant des irrégularités de surface dépassant la longueur d'onde ultrasonique ont un impact négatif sur la précision. Il est impossible de le déterminer avec précision, mais en règle générale, on suppose une erreur de plusieurs longueurs d'onde de la fréquence supersonique utilisée.

Température de l'air. La plus grande influence sur la vitesse et la précision du son est la température de l'air (0,17 %/K), c'est pourquoi la plupart des capteurs microsoniques à ultrasons sont compensés en température. Il est encore préférable d'effectuer une mesure comparative sur une distance spécifique pour déterminer l'effet de la température. Par exemple, les capteurs de la série pico sont spécialement conçus pour de telles mesures comparatives. La précision des capteurs compensés en température atteint ±1 %.

Pression atmosphérique. La vitesse du son sur une large plage ne dépend pas de la pression atmosphérique. microsonic a développé des capteurs spéciaux pour la mesure de distance dans des conditions de pression allant jusqu'à 6 bars.

Humidité relative. Contrairement à la température, l’humidité relative de l’air n’a pratiquement aucun effet sur la précision des mesures.

Stabilité de positionnement R. La stabilité de position, ou répétabilité, décrit l'écart d'une distance mesurée dans les mêmes conditions sur une période spécifique. La stabilité de positionnement des capteurs microsoniques est inférieure à ±0,15 %.

Méthode de détermination de la zone de détection des capteurs à ultrasons Microsonic

Le critère le plus important lors du choix d'un capteur à ultrasons est son plage de détection et zone de détection 3D associée. Lors de la mesure par ultrasons, divers réflecteurs standards sont introduits depuis l'extérieur dans la zone de détection du capteur à une distance à laquelle ces réflecteurs commencent à être détectés par le capteur. Les objets peuvent être amenés dans la zone de détection depuis n'importe quelle direction.

Zones rouges déterminer les dimensions d'une fine tige ronde (10 ou 27 mm, selon le type de capteur), caractérisant la plage de fonctionnement du capteur.

Pour définir des zones bleues : une plaque (500×500 mm) est installée sur le trajet de propagation du faisceau d'ultrasons. Dans ce cas, l'angle optimal entre la plaque et le capteur est appliqué. Ainsi, cela indique la zone de détection maximale du capteur. En dehors de la zone bleue, l’objet n’est plus détectable.

Un réflecteur ayant des propriétés réfléchissantes pires que la tige ronde peut être détecté dans une zone plus petite que la zone rouge. À son tour, le réflecteur présentant les meilleures propriétés sera déterminé dans la région située entre les régions rouge et bleue. L'angle mort d'un capteur détermine sa plus petite plage de détection acceptable. Aucun objet ou réflecteur ne doit être placé dans l'angle mort car cela entraînerait des mesures incorrectes.

Plages de fonctionnement sont montrés dans le diagramme. Dans ces plages, le capteur sera assuré de détecter la présence de réflecteurs conventionnels. Le diagramme montre également les zones dans lesquelles le capteur détecte des réflecteurs ayant de bonnes propriétés réfléchissantes. La plage de détection maximale est toujours supérieure à la plage de fonctionnement. Les diagrammes sont basés sur une température de 20°C, une humidité relative de 50 % et une pression atmosphérique. Les zones de détection spécifiques dépendent du type de capteur, et elles peuvent être visualisées en se rendant dans la rubrique du capteur correspondant, dans l'onglet « Zones de détection ».

Ces symboles dans les paramètres techniques définissent
plage de fonctionnement des capteurs à ultrasons Microsonic

Atténuation acoustique dans l'air dépendent de la température et de la pression de l’air, ainsi que de son humidité relative. Les paramètres physiques sont liés et ont des effets différents selon les fréquences ultrasonores. Pour simplifier, nous pouvons dire que l’atténuation dans l’air augmente avec l’augmentation de la température et de l’humidité. Cela réduit la plage de fonctionnement du capteur.

À une humidité relative et une température plus basses, l'atténuation de l'air diminue et la zone de travail augmente en conséquence.

La réduction de la plage de fonctionnement est principalement compensée par les réglages du capteur. Et à des températures inférieures à 0°C, certains capteurs peuvent fonctionner à des distances deux fois supérieures à celles indiquées ici.

À mesure que la pression augmente, l’atténuation dans l’air diminue considérablement. Cet aspect doit être pris en compte lors de l'utilisation du capteur dans un environnement à haute pression. La propagation du son est impossible dans le vide.