超声传感器工作原理及工业领域应用

超声传感器的使用原理

超声传感器内有一个频率变换器，当变换器元件振动时，这个频率变换器就会向一个方向发出听不见的高频声波。如果声波碰到物体并反射回来，变换器即可接到回波信号。传感器根据从发出超声波脉冲到返回回波信号之间的时间来确定与物体之间的距离。

例如，装在塑料熔体罐或塑料粒料室顶部的超声传感器向集装箱内部发出声波时，回波返回的时间长度即可表示该集装箱是否已满、空或半满。

有些超声传感器分别采用一个发射器和一个接收器变换器。这种双向模式超声传感器适用于需要进行制品边缘检测或希望有更快的响应时间，或在潮湿环境下使用的情况。

在检测透明物体、液体、任何表面（粗糙、光滑、光亮）的密致材料和不规则物体时，超声传感器应该是首选。但超声传感器不适用于室外、酷热环境或压力罐，也不能用于探测泡沫物体。

超声传感器在食品加工厂用于实现塑料包装检测的闭环控制系统

超声传感技术的创新

如今，超声传感器引入了几项创新技术，使其能够用于传统设备无法工作的领域：

·采用防护等级为 IP67 和 IP69K 的护盖，可在潮湿环境（如洗瓶机）下进行探测。
·内置温度补偿电路可补偿正常的塑料成型工厂倒班操作时可能遇到的剧烈温度变化。
·传感器表面的特制覆膜可防止有害化学物质的侵蚀。
·先进的滤波电路使超声传感器可不受工厂环境噪音的影响。
·新型变换器设计使其防损性能大大增强，并可在不洁环境中使用。

超声传感器在包装线上通过监控两个滚轴之间的张力来控制材料的传输速度

新用途

随着新技术的不断推出，原来一些不能使用超声传感器的领域，已开始更多地使用超声传感器。超声传感器可用于探测液位、探测透明物体和材料，控制张力以及测量距离。其应用行业包括包装、制瓶、物料搬运、塑料加工以及汽车行业等。

超声传感器现已常规用于流程监控以提高产品质量、检测缺陷、确定有无以及其它方面。这些传感器还能减少由损坏部件产生的废品，以及由此引起的停工时间，从而提高生产率。目前，如何让各行各业认识到超声传感器在制造业的各个领域的应用潜力是我们面临的重大挑战，包括在质量控制、流程控制和检验等方面。

范围和大小

要探测的物体大小直接影响超声传感器的检测范围。传感器必须探测到一定声级的声音才可以进行输出。大部件能将大部分声音反射给超声传感器，这样传感器即可在其最远传感距离检测到此部件。小部件仅能反射较少的一部分声音，从而导致传感范围大大缩小。

要探测的物体

使用超声探测的理想物体应体积大、平整且密度高，并与变换器正面垂直。最难探测的物体是体积小且由吸音材料（如泡沫橡胶）制成的物体，或者与变换器呈一定角度的物体。

如果液面静止且与传感器表面垂直，探测液体就很容易。如果液面波动大，可延长传感器的响应时间，从而取波动变化的平均值以获得更一致的读数。但是，超声传感器还不能精确探测表面为泡沫状的液体，因为泡沫会使声音的传播方向发生偏离。

可以使用超声传感器的反向超声模式，探测形状不规则的物体。在反向超声模式下，超声传感器会探测一个平整背景，如墙壁。任何穿过传感器和墙壁之间的物体都会阻断声波。传感器即可通过探测该干扰来识别物体的存在。

振动

无论是传感器本身的振动还是附近机器的振动，都可能会影响测量距离时的精确度。可在安装传感器时用橡胶防振装置来减少这类问题。有时也可使用导轨来消除或降低部件振动。

衰减

传感器还设计了温度补偿功能，以调节环境温度的缓慢改变。但是，它不能调节温度梯度或环境温度的快速变化。

误测结果

附近的物体（如导轨或固定杆）可能会反射声波。要准确探测目标物体，必须降低或消除附近声音反射表面的影响。为了避免误测附近物体，许多超声传感器都装有LED指示灯，用于在安装时指示操作人员，以确保正确安装传感器并降低误测风险。