Универсальные ультразвуковые датчики: варианты выходных данных и применение в промышленной автоматизации
Универсальные ультразвуковые датчики: варианты выходных данных и применение в промышленной автоматизации
Ультразвуковые датчики демонстрируют превосходную производительность в бесконтактном позиционировании и измерении расстояния. Они не зависят от цвета и формы и не ограничены материалом измеряемой цели. В результате они широко используются в сценариях промышленной автоматизации.
Принцип работы ультразвуковых датчиков
Ультразвуковые датчики используют свойства звуковых волн для обеспечения бесконтактного и точного решения обнаружения для измерения состояния и расстояния до объектов. Датчик работает, испуская высокочастотные механические звуковые волны и принимая звуковые волны, отраженные от объекта. Вычисляя время или энергию между испускаемыми и принимаемыми звуковыми волнами, он определяет точное расстояние или состояние целевого объекта.
Ультразвуковые датчики отличаются от обычных бесконтактных переключателей и фотоэлектрических датчиков. По сравнению с индуктивными или емкостными бесконтактными переключателями они имеют большую дальность обнаружения; по сравнению с фотоэлектрическими датчиками они могут работать в более жестких условиях и не подвержены влиянию цвета целевого объекта или наличия пыли, тумана и т. д. в воздухе. Ультразвуковые датчики подходят для обнаружения различных состояний объектов, таких как жидкости, прозрачные материалы, отражающие материалы и твердые частицы.
1. Выходной сигнал переключателя, набор NO/NC
3. Цифровой выход: RS485
Датчик настроен на протокол Modbus по умолчанию с завода. Пользовательские протоколы могут быть настроены в соответствии с требованиями заказчика.
2. Аналоговый выход, установка режима вверх/вниз
Тип аналогового токового выхода датчика установлен на минимальное значение расстояния обнаружения и максимальное значение расстояния обнаружения, что соответствует 4 мА и 20 мА соответственно.
Как аналоговый выход напряжения, так и аналоговый выход тока можно настроить на переключение в режим спада, установив рядом точки A2.
4. Режим бесконтактного переключателя
Датчик устанавливает независимую точку переключения, A2. Различные выходы активируются, когда цель проходит в пределах соответствующего расстояния точки переключения A2. Точка переключения может быть произвольно установлена в пределах диапазона обнаружения.
Этот режим работы подходит для таких применений, как подсчет или обнаружение присутствия на конвейерных лентах.
5. Режим окна (интервальный режим)
В режиме окна датчик может устанавливать две точки переключения, A1 и A2. Каждый выход активируется только в интервале от A1 до A2. Эти две точки переключения могут быть произвольно установлены в пределах диапазона обнаружения.
Этот режим работы подходит для таких приложений, как определение уровня дефектов. Например, его можно использовать для проверки соответствия бутылок внутри деревянного ящика стандартам высоты, обнаруживая слишком высокие или слишком короткие продукты.
6. Режим световозвращения
Светоотражающий режим по сути является особым оконным режимом, в котором фиксированный отражатель помещается в установленное окно. Датчик будет излучать сигнал до тех пор, пока целевой объект полностью загораживает отражатель.
Этот режим работы аналогичен фотоэлектрическим световозвращающим датчикам. Ультразвуковые датчики не требуют специального отражателя; можно использовать любой отражающий объект, независимо от того, поглощает ли цель или перенаправляет звуковые волны. Этот режим можно использовать для обнаружения пены или других звукопоглощающих материалов.
7. Режим двойного переключения (режим гистерезиса)
Датчик устанавливает точки A1 и A2 в пределах диапазона обнаружения. Когда цель достигает точки A1 или A2, выход переключается. Когда цель перемещается из A1 (A2) в A2 (A1), датчик сохраняет текущее состояние переключения. Выход переключается обратно в исходное состояние только тогда, когда цель проходит точку A2 (A1).
Данный режим работы используется для автоматического контроля уровня жидкости и уровня материала.
8. Режим аналогового выхода
В пределах эффективного диапазона обнаружения датчик может произвольно устанавливать точки A1 и A2. Значение расстояния между точками A1 и A2 пропорционально выводится в виде сигнала напряжения (0-10 В) или тока (4-20 мА).
Информация о расстоянии до целевого объекта выводится линейно и в реальном времени в виде аналогового сигнала. В зависимости от положения точек A1 и A2 датчик может переключаться между восходящим и нисходящим режимами.
Этот режим работы подходит для различных приложений управления в реальном времени, таких как ПЛК и преобразователи частоты.
9. Режим цифрового выхода (IO-LINK, RS232, RS485, TTL, CAN и т. д.)
Сигналы датчиков могут взаимодействовать в режиме реального времени на разных уровнях архитектуры системы. Измеренные значения расстояния передаются контроллеру в виде последовательных битов данных.
Данный режим работы подходит для различных разработанных систем.
10. Ультразвуковые датчики обнаружения одинарных и двойных листов
Ультразвуковое обнаружение одинарных и двойных листов работает с использованием конфигурации сквозного луча, оценивая энергию звуковых волн, которые проходят через различное количество листов, чтобы определить количество слоев. Этот метод используется для обнаружения одинарных или двойных листов материалов, таких как бумага, пленка, пластиковые листы и металлическая фольга.
Применение ультразвуковых датчиков
Ультразвуковые датчики демонстрируют превосходную производительность в бесконтактном позиционировании и измерении расстояния. Они не зависят от цвета и формы и не ограничены материалом измеряемой цели. В результате они широко используются в сценариях промышленной автоматизации.
🔸Промышленная область: используется для определения уровня жидкости, обнаружения объектов, измерения расстояния и других применений, таких как упаковка, производство бутылок, контрольно-измерительное оборудование для обработки материалов и переработка пластмасс.
🔸Автомобильная промышленность: используется для радаров заднего хода, автоматической парковки и обнаружения препятствий, повышая безопасность и удобство вождения.
🔸Биомедицина: в медицинской сфере ультразвуковые датчики используются для визуализации и диагностики, например, при ультразвуковых исследованиях (В-ультразвук).
Широкое применение ультразвуковых датчиков
🔸Обнаружение жидкости: Ультразвуковые датчики способны обнаруживать практически все типы жидкостей, включая чистую воду, различные масла и различные растворители, что демонстрирует их широкую применимость.
🔸Обнаружение чернил и красителей: Эти датчики могут эффективно обнаруживать чернила и красители различных цветов, обеспечивая точный контроль в таких отраслях, как полиграфия и упаковка.
🔸Обнаружение прозрачных и отражающих материалов:
1. Прозрачные материалы: Ультразвуковые датчики могут обнаруживать различные прозрачные материалы, такие как стеклянные бутылки, стеклянные пластины, прозрачные пленки из ПП (полипропилена), ПЭ (полиэтилена) и ПЭТ (полиэтилентерефталата), демонстрируя свою превосходную эффективность при обнаружении прозрачных объектов.
2. Светоотражающие материалы: они также могут обнаруживать светоотражающие материалы, такие как золотая и серебряная фольга, обеспечивая точную работу даже в средах с высокой отражающей способностью.
🔸Обнаружение волоконной ткани: Ультразвуковые датчики легко обнаруживают волокна тканей различных цветов, как темные, так и светлые, что делает их широко применимыми в текстильной и швейной промышленности.
🔸Автоматический контроль уровня:
1. Твердые материалы, такие как зерно: ультразвуковые датчики могут использоваться для определения уровня твердых материалов, таких как зерно, обеспечивая автоматический контроль и мониторинг, тем самым повышая эффективность управления хранением.
2. Уровень порошка: они также подходят для автоматического контроля уровня порошкообразных материалов, таких как уголь, опилки и цемент, обеспечивая стабильность и безопасность производственного процесса.
Основные характеристики ультразвуковых датчиков
Контроль уровня заполнения сыпучих материалов
Ультразвуковой датчик уровня, ультразвуковые датчики широко используются в таких областях, как промышленная автоматизация, складирование и логистика. Например, в складской отрасли ультразвуковые датчики могут использоваться для контроля высоты уровня материалов на складе, что позволяет своевременно пополнять запасы материалов или корректировать стратегии хранения.
Контроль диаметра рулона
🔸Основной принцип
Ультразвуковой датчик вычисляет расстояние или размер целевого объекта, испуская ультразвуковые импульсы и получая отраженные сигналы. При определении диаметра рулона ультразвуковой датчик устанавливается сбоку или над рулоном и выравнивается по центру вала рулона. Когда импульсы попадают на рулон и отражаются обратно, датчик вычисляет расстояние до поверхности рулона на основе времени эха и скорости звука. Объединяя измерения из нескольких точек и геометрические характеристики рулона, можно определить диаметр.
🔸Преимущества
1. Бесконтактное измерение: Ультразвуковые датчики не контактируют с поверхностью валков, что исключает проблемы износа и загрязнения при контакте.
2. Высокая точность: Точное измерение времени распространения и скорости звука позволяет достичь высокой точности измерения диаметра валков.
3. Высокая помехозащищенность: Ультразвуковые датчики менее подвержены влиянию внешних факторов, таких как свет, электромагнитные волны и пыль, что позволяет им стабильно работать в сложных условиях.
4. Возможность работы в реальном времени: Ультразвуковые датчики могут измерять и выводить данные о диаметре рулона в режиме реального времени, что облегчает своевременный мониторинг и обработку данных операторами.
🔸Этапы подачи заявки
2. Калибровка и настройка: Откалибруйте и настройте ультразвуковой датчик в соответствии с реальными потребностями. Это включает в себя настройку диапазона измерения датчика, режима срабатывания, выходных сигналов и внесение корректировок в зависимости от материала рулона и условий окружающей среды.
3. Сбор данных: Запустите датчик, чтобы начать сбор данных о диаметре рулона. Датчик будет непрерывно излучать ультразвуковые импульсы и принимать отраженные сигналы, преобразуя результаты измерений в цифровой выход.
4. Обработка данных: Контролируйте цифровой выходной сигнал ультразвукового датчика через компьютер или интерфейс человек-машина и сопоставляйте его с диаметром рулона. Используйте линейное масштабирование или другие алгоритмы для расчета текущего диаметра рулона в реальном времени.
5. Мониторинг и оповещение: Настройте системы мониторинга и механизмы сигнализации по мере необходимости. Когда диаметр рулона достигает заданного порогового значения, система активирует сигнал тревоги, чтобы предупредить операторов о необходимости немедленно заменить рулон или заняться его обработкой.
Высокопроизводительные компактные ультразвуковые датчики для сложных задач
Ультразвуковые датчики различных размеров, диапазонов обнаружения и режимов вывода обеспечивают высокую гибкость в соответствии с вашими задачами.
| Модели | CSB12-120 | CSB12-200 | CSB18-300 | CSB18-500 | CSB18-1000 | CSC18-1000 | CSC30-2500 |
| Диапазон обнаружения | 20 - 120 мм | 20 - 200 мм | 30 - 300 мм | 50 - 500 мм | 60 - 1000 мм | 60 - 1000 мм | 150 - 2500 мм |
| Слепая зона | 0 - 20 мм | 0 - 20 мм | 0-30 мм | 0-50 мм | 0-60 мм | 0-60 мм | 0-150 мм |
| Частота переключения | 55 Гц | 45 Гц | 45 Гц | 31 Гц | 19 Гц | — | |
Время отклика | 18 мс | 22 мс | 22 мс | 32 мс | 52 мс | 120 мс | 160 мс |
Гистерезис | 1 мм | 2 мм | — | ||||
Тип соединения | М12 (4-контактный) | М12 (5-контактный) | М12 (5-контактный) | ||||
| Модели | CSB30-2000 | CSB30-4000 | CSB30-6000 | КСР30-2000 | КСР30-3000 |
| Диапазон обнаружения | 100 - 2000 мм | 200 - 4000 мм | 350 - 6000 мм | 100 - 2000 мм | 150 - 3000 мм |
| Слепая зона | 0-100 мм | 0-200 мм | 0-350 мм | 0-100 мм | 0-150 мм |
| Частота переключения | 10 Гц | 5 Гц | 4 Гц | 10 Гц | 9 Гц |
Время отклика | 82 мс | 162 мс | 232 мс | 82 мс | 102 мс |
Гистерезис | ±2 мм | ±4 мм | ±5 мм | ±2 мм | ±3 мм |
Тип соединения | М12 (5-контактный) | М12 (5-контактный) | |||
| Модели | Серия CSDB | Модели | CSDA12-40 | CSDA18-60 | CSDA30-100 |
| Глубина канавки | 68 мм | Диапазон обнаружения | 20 - 40 мм | 20 - 60 мм | 20 - 100 мм |
| Ширина щели | 5 мм | Слепая зона | 5 мм спереди | 7 мм спереди | 7 мм спереди |
Тип соединения | М8 (4-контактный) | Тип соединения | 2 м, кабель ПВП, 0,14 мм² | ||
Нестабильные сценарии для ультразвуковых датчиков
Для обеспечения стабильной и эффективной работы ультразвуковых датчиков перед тестированием рассмотрите следующие ситуации:
🔸Температура поверхности целевого объекта выше 100°C.
🔸В зоне обнаружения скорость ветра превышает 60 км/ч.
🔸Среда использования — на высоте более 3000 метров.
🔸В герметичных средах, где давление превышает 1,2 стандартных атмосферы.
🔸Температура рабочей среды ниже -20°C или выше 70°C.
🔸В режиме без отражателя обнаружение материалов с высоким звукопоглощением, таких как войлок, шерсть, хлопок или губчатая пена.
🔸Звуковые волны не могут распространяться в вакууме. Ультразвуковые датчики выйдут из строя в условиях вакуума.
🔸Обнаружение других неизвестных веществ и неопределенных сценариев использования.
Поэтому в схемотехнике ультразвуковых датчиков DADISICK реализовано максимально возможное количество компенсаций для учета различных влияющих факторов, таких как схемы компенсации температурного дрейфа во всей серии.
