超声波传感器的功能与技术

超声波传感器是一种利用超声波测量距离或检测物体的装置。在工业自动化技术领域，超声波传感器主要用于生产过程的精确控制。

超声波传感器能够在指定的范围内可靠测量距离，而且无需接触物体，不受物体特性和环境条件（例如存在灰尘等）影响。超声波传感器发射高频声波，然后测量声波触达物体并被反射回传感器所经过的时间（飞行时间原理），最后根据测量到的时间和声波传播速度计算出传感器和物体之间的距离。这样，超声波传感器就能精确检测物体的有无和位置。

这里将为您介绍物体检测用超声波传感器以及各种超声波测距传感器和物位检测用超声波传感器。

The measuring range of ultrasonic sensors varies according to sensor principle, model and environmental factors; typically between a few centimeters and several meters. Key for the measuring range are frequency and amplitude of the ultrasonic waves as well as transmitter performance and receiver sensitivity.

Distance measurement

The distance is measured by detecting and calculating the time elapsed between ultrasonic wave emission and reception. Distance calculation uses the following formula:

Distance L = (T x C)/2

In this formula, L stands for distance, T for the time between sound wave emission and reception while C is the sound speed. To obtain the distance to the object, the calculated value must be divided by 2, as T is the total time the sound waves require for one travel to and fro.

大多数超声波传感器的测量原理是测量声波从发射到接收（接近开关）之间的传播时间。所谓超声波隔栅原理，即测定传感器与反射板（反射板式传感器）或传感器与测量范围内的物体（对射式传感器）之间的距离。

设计和工作原理

超声波接近传感器采用了一种特殊的声波换能器，实现了声波的交替发射和接收。换能器发射出的超声波被物体反射，然后由换能器再次接收。声波发射后，超声波传感器会切换到接收模式。发射和接收之间所经过的时间与物体到传感器之间的距离成正比。

数字量输出

感应必须在检测区域内才能发生，可以利用传感器的电位计或电子自学习功能（自学习按钮或外部自学习）调节所需要的感应范围。如果在设定的区域内检测到物体，输出状态将发生变化，并通过内置LED显示。

目标物检测

声波在硬表面上的反射效果最佳。目标物可以是固体、液体、颗粒或粉末。一般来说，超声波传感器主要用于那些光学检测原理欠缺可靠性的物体检测领域。

标准目标物

• 15 x 15 mm（Sde最长250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde最长1000 mm）
• 100 x 100 mm（Sde > 1000 mm）

尺寸

为确保可靠的物体检测，反射信号必须足够大。信号强度取决于物体的大小。使用标准物体，感应范围Sd可以达到最大

表面

声锥纵面

本产品目录的技术参数表中所示声锥纵面表示超声波传感器的有效感应区域。图形所示是短距离旁波瓣，拓宽了传感器的近距离扩散角。由于吸音和空气扩散原因，旁波瓣在长距离处减小。大小、形状、表面特性和目标物检测方向对于超声波传感器的侧面检测区域具有非常大的影响。整个产品系列采用相同的声锥纵面，例如感应范围相同的所有相关传感器均采用典型的100-1000 mm纵面图，包括数字量和模拟量输出。

测量方法

• 15 x 15 mm（Sde最长250 mm）
• 30 x 30 mm（Sde最长1000 mm）
• 100 x 100 mm（Sde > 1000 mm）

 

设计和工作原理

反射板式传感器的工作原理类似于超声波接近传感器。在感应范围内，从传感器到反射板或物体之间的距离通过测量传播时间来确定。任何静止的声反射物体都可以作为反射板使用。可以使用传感器的电位计，根据设置情况调节感应距离Sd（传感器与反射板之间的距离）。只要超声波信号的传播时间测量值与传感器和反射板之间的距离相匹配时，设备处于非动作状态。当物体进入感应范围内时，传播时间会发生变化，传感器切换到动作状态。这样，也可以对吸音和声折射物体进行检测。

目标物检测

标准物体/反射板

标准目标物定义为边长为30mm的正方形扁平物体（Sde > 1000 mm：边长100 mm；Sde ≥ 2500mm：边长300mm），目标物与传感器的参考轴垂直。反射板必须用具有良好声反射特性的材料制造，并且大小至少与目标物相同。

优点

• 即使是100%吸音材料，也能够轻松地检测
• 可靠检测声折射物体
• 当物体尺寸大于标准物体时，传感器前方无盲区

设计和工作原理

声束角α

声束角（α）确定了对射式超声波传感器所发射的锥形声束的边界。

重复精度

由于声束角较小，在理想情况下，两个连续目标物的开关点的重复精度小于3 mm。

迟滞

迟滞是指动作点（S1）和释放点（S2）之间的差异。如果物体阻断声束，信号值必须增加到约75 %，以复位输出信号。这样，可以轻松地检测连续行进的物体。

超声波传感器可谓是传感器世界的“全能选手”，可胜任几乎任何工业应用中的检测任务。被测物体的形态可以是固体、液体、颗粒或粉末。它们能可靠检测透明、高光以及色彩不断变化的物体。超声波传感器具有出色的耐污性，因此其过程可靠性不会受到粉尘、烟雾或其他类似物质的影响，即便在苛刻的工作环境中它们也表现得尤为高效。

由于应用领域广泛，超声波传感器被广泛用于各行各业，例如包装、电子和进料技术领域。点击此链接，了解超声波传感器的更多应用实例以及在特定应用中的具体优势。

For optimal results in parallel operation of several ultrasonic sensors please consider the following to avoid sensing errors by mutual interference:

• Spatial arrangement: Position the sensors at sufficient distance from each other and at different angles; if required, use separating walls or sound-absorbing material between the sensors to minimize direct interference.
• Electronic system and software: Apply advanced algorithms for signal processing and assign each sensor an unambiguous identification code to filter out interference and to ensure the system will respond to the data of the intended sensor.
• Synchronization and clock: Implement time-slots or synchronized triggering to make each sensor transmit and receive data within a specified time interval to prevent overlapping signals.

想要在各种精确测距或物体检测应用中实现出色的性能和可靠性，超声波传感器的专业安装至关重要。敬请了解有关超声波传感器安装和调试的更多信息。