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Ultraschallsensoren
3
Ultraschallsensoren,
Einwegschranken,
zylindrisch
3
.1
Ultraschallsensoren,
Reflexionstaster,
zylindrisch
3
.2
Ultraschallsensoren,
Einwegschranken,
quaderförmig
3
.1
Ultraschallsensoren,
Reflexionstaster,
quaderförmig
3
.2
Ultraschallsensoren,
Sensoren für getrennte Auswertung
3
.3
Ultraschallsensoren,
Doppelbogen-Sensoren
3
.4
Ultraschallsensoren,
Zubehör
3
.5
Germany: +49 621 776-1111
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Grundlagen der Ultraschallerkennung
Physik und Technik der Ultraschallsensoren
Schall mit einer Frequenz oberhalb von ca. 16kHz ist für das menschliche
Gehör nicht mehr wahrnehmbar - man spricht von Ultraschall. Dieser
breitet sich wie Schall im hörbaren Frequenzbereich mit einer Geschwin-
digkeit von rund 344m/s im Medium Luft aus. Durch die Auswertung der
bekannten Schallgeschwindigkeit und der gemessenen Schalllaufzeit
kann der Abstand eines Objektes sehr genau bestimmt werden.
Ultraschallsensoren sind für stabile Objekterfassung auch in widrigen
und problematischen Umgebungen ausgelegt. Objekte aus unterschied-
lichsten Materialien, Formen , Farben oder Konsistenzen werden zuver-
lässig erkannt.
Pepperl+Fuchs Ultraschallsensoren arbeiten mit einem piezoelektri-
schen Wandler als Schallsender und - empfänger. Eine patentierte Aus-
koppelschicht aus speziellem Kunststoff dient zur Einkopplung der Ult-
raschallwellen in die umgebende Luft.
Ultraschallsensoren sind mit Schalt- und/oder analogen Ausgängen ver-
fügbar. Je nach Modell sind verschiedene Ausgangsfunktionen verfüg-
bar.
Wandleraufnahme
Auskoppel-
schicht
Integralschaum
Piezokeramik
Blindzone
Der Ultraschallwandler sendet einen Schallburst aus und wandelt den
Echoimpuls in eine elektrische Spannung um. Der integrierte Microcont-
roller errechnet aus der Echolaufzeit und der Schallgeschwindigkeit den
Abstand des Objektes. Die Sendedauer und die Ausschwingdauer des
Ultraschallwandlers verursachen eine Blindzone, während dieser der Ul-
traschallsensor kein Objekt erkennen kann.
Ausschwing-
zeit
Echolaufzeit 2
τ
Sendeimpuls
Echo
U
t
0
t
1
∆
t
t
Reichweite
Der aktive Bereich des Ultraschallsensors wird als Erfassungsbereich
bezeichnet und vom kleinsten und größten Schaltabstand begrenzt. Der
größte Schaltabstand findet sich in der Bestellbezeichnung.
Der Ultraschallsensor erfasst Objekte innerhalb seines Erfassungs-
bereichs unabhängig ob sich diese axial annähern oder seitlich in die
Schallkeule bewegen.
aktueller
Schaltabstand
Schaltabstand 2
bzw.
obere Grenze
Schaltabstand 1
bzw.
untere Grenze
kleinster
Schaltabstand
Objekt
Blind-
zone
Erfassungsbereich s d
Schaltfenster
bzw.
Messfenster
größter
Schaltabstand
Öffnungswinkel
S
Ansprechkurven
Die folgende Abbildung zeigt die Ansprechbereiche für zwei typische
Objekte. Innerhalb dieser Bereiche wird das angegebene Objekt erfasst.
0
200
400
600
900
1000
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
-400
X
Y
Abstand X [mm]
Abstand Y [mm]
Charakteristische Ansprechkurve
ebene Platte 100 mm x 100 mm
Rundstab Ø 25 mm
breite Schallkeule
schmale Schallkeule
Der obere Teil des Diagramms zeigt die Ansprechcharakteristik auf eine
ebene Platte von 100 mm x 100 mm, der untere Teil einen Rundstab
mit 25mm Durchmesser als Objekt. Viele Sensoren bieten die Möglich-
keit die Schallkeulenbreite einzustellen. Im Diagramm finden sich beide
Schallkeulenformen.
Die Angabe in der Typbezeichnung bezieht sich auf eine ebene Normp-
latte 100mm x 100mm. Diese Platte muss senkrecht zur Ausbreitungs-
richtung des Ultraschall-Signals stehen. Bei schrägstehenden Objekten
wird der Schall wegreflektiert, das Echo erreicht nicht den Sensor.
Ultraschallsensoren