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Conoscenza dei sensori a ultrasuoni (Parte 3): diverse modalità operative

Ultrasonic sensors can be used in different operating modes to achieve the best detection results
L'impiego dei sensori ad ultrasuoni in diverse modalità operative, permette di ottenere ottimi risultati di rilevamento in numerose applicazioni. Pepperl+Fuchs offre spunti interessanti circa le possibili configurazioni...

I sensori ad ultrasuoni Pepperl+Fuchs determinano la distanza degli oggetti tramite il metodo di misurazione della durata dell'eco; è possibile valutare e visualizzare in vari modi la distanza misurata. La distanza degli oggetti viene convertita in valore analogico e visualizzata sull'uscita analogica (ad esempio 0 - 10 V o 4 - 20 mA) del sensore ad ultrasuoni. In alternativa, tale distanza può essere trasmessa direttamente a un controller come valore digitale tramite un'interfaccia speciale, ad esempio l'interfaccia IO-Link.

Nel caso dei sensori a ultrasuoni con uscite di commutazione, lo stato delle uscite cambia quando viene rilevato un oggetto entro l'intervallo di commutazione impostato. A seconda della risposta agli oggetti, viene inoltre effettuata una distinzione fra funzioni NA e NC.

Nel caso dei sensori con uscite di commutazione, è possibile impostare le varie modalità operative indicate di seguito; a tale scopo occorre utilizzare un montaggio e una parametrizzazione appropriati.

Ultrasuoni a tasteggio diretto


Misurazione del livello di riempimento all'interno di un serbatoio tramite sensore ad ultrasuoni a tasteggio diretto

I sensori ad ultrasuoni vengono utilizzati, maggiormente, nella modalità a tasteggio diretto: l'emettitore e il ricevitore si trovano nello stesso housing ed i target agiscono da riflettore sonoro.

Proprietà

  • Facilità di installazione, una sola testa del sensore
  • Possibilità di soppressione di primo piano e dello sfondo (window mode)
  • Gli oggetti fungono da riflettore; l'allineamento è importante
  • La frequenza di commutazione è inferiore a quella dei sensori a sbarramento

Ultrasuoni a riflessione diretta


Rilevamento affidabile di oggetti inclinati, posti su nastro trasportatore, tramite sensore ad ultrasuoni a riflessione

Nella modalità a riflessione, un riflettore installato in modo permanente riflette costantemente il segnale ad ultrasuoni. E' possibile utilizzare, come riflettore, un pannello metallico o in plastica allineato, una parete, un nastro trasportatore o il pavimento. Il sensore riceve un'eco costante dal riflettore, finchè un oggetto non si frappone tra il sensore ad ultrasuoni ed il riflettore di riferimento, rilevandone la presenza stessa. In generale, la commutazione viene attivata secondo una delle tre modalità descritte qui di seguito.

  1. Il sensore rileva la presenza di un piccolo oggetto posto davanti al riflettore di riferimento; il sensore ad ultrasuoni riceve un'eco supplementare dal riflettore di riferimento.
  2. Viene rilevato un oggetto di grandi dimensioni che oscura completamente il riflettore di riferimento; il sensore ad ultrasuoni riceve un'eco soltanto dall'oggetto.
  3. Un oggetto grande ed inclinato, posto di fronte al riflettore di riferimento, non viene rilevato ma oscura il riflettore; il sensore ad ultrasuoni non riceve alcun eco né dall'oggetto, né dal sensore di riferimento.

Tutti e tre le situazioni permettono la commutazione a livello dell'uscita del sensore ad ultrasuoni. I sensori a riflettore sono particolarmente indicati per il rilevamento affidabile di target fonoassorbenti

Proprietà

  • Facilità di installazione, una sola testa del sensore
  • Rilevamento affidabile di oggetti difficili (superfici inclinate e fonoassorbenti)
  • Si utilizza come riflettore fisso un oggetto riflettente / uno sfondo; l'oggetto disturba/interrompe il fascio
  • La frequenza di commutazione è inferiore a quella dei sensori a sbarramento

Ultrasuoni a sbarramento


Il conteggio delle bottiglie è un'operazione che richiede una frequenza di commutazione molto elevata; l'impiego di sensori ad ultrasuoni a sbarramento rappresenta una soluzione ottimale per questo tipo di applicazione.

I sensori ad ultrasuoni a sbarramento utilizzano trasduttori di emissione e ricezione appositi, contenuti in due alloggiamenti separati. Le uscite e l'elettronica di valutazione si trovano nell'alloggiamento del ricevitore. I sensori ad ultrasuoni vengono montati l'uno di fronte all'altro su un asse comune. Quando un oggetto interrompe il fascio acustico, l'uscita di commutazione del sensore viene attivata. Solitamente è possibile impostare la sensibilità del ricevitore (autoapprendimento, potenziometro) in funzione delle diverse distanze fra emettitore e ricevitore e/o delle dimensioni differenti degli oggetti. Questa modalità è estremamente resistente ai disturbi esterni e permette di raddoppiare la portata, consentendo di rilevare in modo affidabile oggetti posti a distanze nettamente maggiori. La frequenza di commutazione è notevolmente più alta, in quanto il sensore ad ultrasuoni non deve commutare costantemente fra le modalità di trasmissione e ricezione.

Proprietà

  • Occorre installare e cablare due teste del sensore
  • Lungo raggio: la distanza fra emettitore e ricevitore può essere elevata
  • Rilevamento affidabile di oggetti difficili (superfici inclinate e fonoassorbenti)
  • Frequenza di commutazione molto elevata, caratteristiche di risposta definite

Finalmente disponibile: Guida alla tecnologia dei sensori ad ultrasuoni