超声波传感器工业应用

超声波传感器工业应用
科技进步使得今天的超声波传感器坚固耐用并有着精确的感应能力，这些新技术使得超声波传感器可以更加简单、灵活，性价比更高。这些新增的特性拓展了一个新的应用领域，完全超越了传统的超声波传感器的应用。现在的超声波传感器提供给了机械设计师，在工业领域发现了一个新的、极具创造性的解决方案。

数年前在传感器技术领域，超声波传感器一直是备用的选择，设计师只有在其他的传感技术无法工作的时候才会选择超声波技术，一般发生在检测透明物体，长距离的感应或者是当目标颜色改变时的才会采用这种技术。

新技术的应用使得今天的超声波传感器能经受得住恶劣环境的考验，比如有IP67和IP69K防护等级的超声波传感器可以应用于潮湿的环境中；传感器内建温度补偿电路，在正常或者变化的操作状态时，当有明显的温度变化，由温度补偿电路进行校对；Teflon型号的超声波传感器的表面有一种特殊涂层可以用来抵御有害化学物质的侵蚀；先进的过滤电路可以让超声波传感器屏蔽现场干扰；新型传感器感应头有着更强的自我保护能力，可以抵御物质损害，适应比较脏乱的环境等。

超声波传感器的易用性

新一代超声波传感器的一个显著特性就是使用更加简单，这包括了按钮的设置、DIP开关编程和一些多重程序的选择。

其开关按钮完全内嵌于传感器装置中，这使得调整安装传感器距离的远近非常容易，把目标物放在传感器前再按下按钮是一件很简单的事情。这种传感器可以自动掌握窗口的大小和距离的远近。方便安装意味着同样的传感器可以适应很多不同的应用。

DIP开关的编程方式意味着可以为某些特殊的应用而定制一个简单的传感器，这些个性化的特性包括响应时间、输出类型、开关量和模拟量选择以及用于物位/液位控制的特别设定。

超声波传感器一般在单个传感器中都包含多种输出类型，具有两路开关量输出型号可以用一个传感器同时感应两个不同距离的物体，而同时拥有一路开关量输出和一路模拟量输出的型号的传感器即可用于测量有提供警报输出。

以上这些特性使得超声波传感器与其他技术的传感器相比，使用更加灵活，更具选择性。

使用超声波传感器的基本原则

超声波传感器是利用传感器头部的压振陶瓷的振动，产生高频的人耳听不见的声波来进行感应的，如果这声波碰到了某个物体，传感器就能接收到返回波。传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离。比较具有代表性的，一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定，无论物体在那一种界限里，传感器都可以检测到。例如：超声波传感器可以安装在一个装液体的池子上，或者是一个装小球的箱子上，向这个容器发出声波，通过接收到返回波的时间长短就能确定这个容器是满的、空的或者是部分满的。

超声波传感器还有使用的是独立的发射器和接收器的型号，当检测缓慢移动的物体或者在潮湿环境中应用时，这种对射示的超声波传感器就非常适用。在检测透明物体、液体，检测光滑、粗糙、有光泽的半透明材料等物体表面，以及检测不规则物体时，超声波传感器都是首选。超声波传感器不适用的情况有：户外、极热的环境、有压力的容器内及有泡沫的物体。

超声波传感器选型要点

范围和尺寸

被检测的物体的尺寸大小会影响超声波传感器的最大有效范围，传感器必须探测到一定级别的声波才能被激励输出信号，一个较大的物体可以将大部分声波反射给传感器，所以传感器可以在它的最大限度内对此物体进行感应，而一个小物体只能反射很少的声波，这样就明显地减小了感应的范围。

被测物

能运用超声波传感器进行检测的最理想的物体应该是大型、平坦、高密度的物体，垂直放置面对着传感器感应面。最难检测的是那些面积非常小，或者是可以吸收声波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是角面对着传感器的。一些比较困难被检测的物体可以先对物体的背景表面进行示教，再对放在传感器和背景之间的物体作出反应。

用于液体测量时需要要液体的表面垂直面对超声波传感器，如果液体的表面非常不平整，那么传感器的响应时间要调的更长一些，它会将这些变化做个平均，可以比较固定的读取。

在Retrosonic模式下使用超声波传感器使得探测不规则物体也成为可能，在Retrosonic模式下，超声波传感器可以先探测一个平整的背景，如一面墙，当任何物体通过传感器和墙之间的时候，就会阻碍声波，传感器感应到了中断，便会意识到出现了物体。

振动

无论是传感器本身还是周围机械的振动，都会影响距离测量的精确度。这时可以考虑采取一些减震措施，例如：用橡胶的抗震设备给传感器做一个底座，可以减少振动，用固定杆也可以消除或者最大程度的减少振动。

衰减

当周围环境温度缓慢变化的时候，有温度补偿的超声波传感器可以做出调整，但是如果温度变化过快，传感器将无法做出调整。

误判

声波可能会被附近的一些物体反射，比如导轨或者固定夹具，为了确保检测的可靠性，必须减少或者排除周围物体对声波反射的影响，为了避免对周围物体的错误检测，许多超声波传感器都有一个LED指示器来引到操作人员进行安装，来确保这个传感器被正确的装好，减少出错的风险。

超声波传感器的典型应用举例

超声波传感器曾经被认为操作太过困难或者过于昂贵，但随着成本的降低和运用的方便，越来越多的机械设计师在设计机器时已经将超声波传感器融入进去。超声波传感器的工业应用领域包括探测填充状况、探测反光物体和物质、控制环绳的膨胀和测量距离。图1至图4是几个应用实例。

超声波传感器在工业上的应用正快速发展，这项曾经十分昂贵而且精准度不高的技术如今已经变得简单易用，精度高且费用低廉。超声波传感器已经成为一个常规设备在过程控制中提高产品的质量，应用在检测次品、确认出现或者消失和其他一些领域。这种传感器同样可以提高生产力，它可以减少废料，避免由于零件损坏造成的停工。未来在此项技术领域内此类产品的发展仍将延续这种趋势，这是一项挑战，但是已经在工业领域内达成共识，那就是超声波传感器在所有的制造领域内，包括质量控制、过程控制和检测，具有极大的发展潜力。