1、超声波传感器应用超声波传感器应用分两种形式，一种是发射和接收传感器分置被测物两侧，称为透射型，可用于遥控器、防盗报警器、接近开关等；另一种是发射和接收传感器同置被测物一侧，称为反射型，可用于接近开关、测距、测液位、测流量、料位、金属探伤以及测厚等，如图 20-13 所示。按超声波的波形分，超声波又可分为连续超声波和脉冲波。连续超声波是指持续时间较长的超声振动波。而脉冲波则是持续时间仅有几十个往复脉冲的振动波。为了减少干扰，超声波传感器大多采用脉冲波形式。一、超声波测厚如图 20-14 所示。从图中可看出，双晶直探头左边的压电晶片发射超声脉冲，经探头底部设置的延迟块延时后进入被测体，在到达被测体
2、底分界面时，被反射回来，并被右边的压电晶片所接收。这样只要检测出从发射脉冲波到接收脉冲波的所需时间 t(扣除两次延迟时间)，再乘以被测体的声速常数 c，就是超声脉冲波在被测体所经过的来回距离，也就代表了被测体的两倍厚度 ，即式中 t测量时间；t0延时。 二、超声波测介质密度如图 20-15 所示。与测厚原理类似，当检测出从发射脉冲波到接收脉冲波的所需时间t(扣除两次延迟时间)后，根据封闭管道直径 D 以及公式(20-8)，可求出超声波在被测流体中的声速。由实验证明，该速度与流体的密度有关，当声阻抗 Z 一定时，声速和密度 成反比。显然，式(20 -1)的严格物理条件应为介质均一才能保证声阻抗
3、Z 恒定。实际工业测量尤其是石油行业的被测介质绝大部分是混合相，声阻抗 Z、声速 C 以及密度 p 均为变量，不满足式(20-1)的数学定义，所以采用超声波测量密度必须由实验决定。原油输送中的油水混合相经过工艺处理，一般情况下水仅占总体积量的千分之几，在测量误差允许范围内可认为混合相声阻抗近似等于原油声阻抗 Z。确定方法有两种：一是取一定容积的具有代表性的原油置于几何尺寸一定的容器内且密度已知、介质静止，采用测厚法求出声速 c，然后通过式(20-1)计算出原油声阻抗 Z。二是利用工业管线，关闭上下游闸门测取，如图 20-15(a)所示。有了实验结果，即原油声阻抗 Z 确定后，当测量流动混合相时
4、，才可利用声速和密度的反比关系求出某一时刻的瞬时密度，如图 20-15(b)所示。这里要说的是，此方法有待进一步完善。另外，双晶直探头的处理电路应做智能化设计才能更加有效地完成在线测量。三、超声波测量液位或物位如图 20-16 所示。在罐体上部入孔处安装空气传导型双晶超声波探头，依据反射原理，可测出超声波往返时间 t，然后利用公式(20-8)可求出超声波单程传播距离 h3，再根据 h2=h1-h3求出液面高度 h2。 当流体边进边出时，液面涌动是不可避免的，这将使反射波在涌动界面上产生散射，给单程传播距离 h3测量准确度带来不利影响，为减小此影响需在图示位置安装防涌管。第一可将超声波的传播路径
5、限定在某一狭窄空间内，第二也使管内液面涌动幅度降低，达到测量要求。上述方法除了可测量液位外，也可测量粉体和粒状物的物位。四、超声波报警器图 20-17 为超声波报警电路，左图为发射与接收部分，右图为信号处理部分。脉冲发生器产生 40kHz 连续电脉冲信号，经功率放大器放大后送至发射器压电晶片上(逆电效应)产生脉冲振动波向外传播。若此时有人或物体进入信号覆盖区，并以相对运动速度 V 移动时，从人体或物体反射回的超声波将由于多普勒效应，而发生频偏 。多普勒效应是指当超声波源与被测介质之间存在相对运动时，接收器接收到的超声波频率与发射器所发射的超声波频率将有所变化，其频率差值被称为频偏。而 绝对值的
6、大小与相对速度的大小及方向有关。接收器接收到的两个不同频率组成的差拍信号(原频信号以及原频信号)。这两个信号经原频信号放大器放大，并经检波器检波后，由低通滤波器滤去原频信号，而留下频偏信号 。该频偏信号再经低频放大器放大后，由检波器转换为直流电压信号，作为激励推动后续电单元，如声响报警器或其他闪光报警器等。由于多普勒效应仅对运动物体起作用，所以可排除静止物体对报警器的影响(不会产生频偏信号)。但振动、高分贝声响以及气流均会产生多普勒效应，故超声波传感器多用于室内夜间安全监测。网名： sels邦纳超声波传感器在自动扶梯行业的应用邦纳超声波传感器在自动扶梯行业的应用更新时间：2011-02-16
7、15:35:41 来源: 美国邦纳 核心提示：随着社会自动化程度越来越高，人们更倾向于选择更多地代步工具，因此在上下楼道间取代楼梯的自动扶梯应用越来越广，包括地铁、机场、 卖场、酒店、过街地道和人行天桥等场合。 前言：随着社会自动化程度越来越高，人们更倾向于选择更多地代步工具，因此在上下楼道间取代楼梯的自动扶梯应用越来越广，包括地铁、机场、 卖场、酒店、过街地道和人行天桥等场合。以前的普通型扶梯无探测装置，无法判断是否有人乘坐，其扶梯是一直保持不断运行的状态，带来了不少能源的浪费。在 如今国家大力提倡节能的要求下，已经逐渐不能满足业主的要求了，因此变频电梯应运而生，而这种电梯最大的特点就是在入
8、口处会检测人员接近，在探测到有人乘 坐时处于正常速度，而没人时处于慢速或停止状态，以达到节能功效。因此，一种能可靠判断人体是否接近的传感器装置就显得非常重要了。邦纳公司是美国一家闻名于世的传感器制造商。其产品可广泛用于全球各类自动化设备上，遍及港口，印刷，物流，包装，电子，轨道交通等行业，卓越的性能更使得其产品适应地球上不同地方的环境。已成为北美销量第一，全球销量第二的传感器厂商。在 自动扶梯行业探测装置，邦纳公司解决方案推荐一款针对扶梯领域设计的超声波传感器产品邦纳 T30UX 超声波传感器。该超声波传感器系列是邦纳 T30U 超 声波传感器系列的一个扩充产品，全新的 T30UX 超声波传感
9、器具有 T 型紧凑型结构，抗电磁及射频干扰，更小的盲区和更远检测距离，并且其大范围的操作温度 及内置温度补偿电路，使其可应用于各种恶劣的工业现场环境。其卓越的性能参数足以让用户再也不用担心该环节会有任何失误。以下详细地介绍这款产品在自动扶 梯上的安装使用说明以及调试方法。T30UX 超声波传感器这款产品的特点：1. 固定区域超声波检测，只对距离敏感，能可靠探测区域内各种颜色( 包括黑色)物体，同时屏蔽区域外物体，避免误判断。2. 探测距离可按键设定，电路能自动识别和判断，3 次按键即可完成。3. 工作温度:40C 70C ，并内置温度补偿电路，减少温度梯度变化影响传感器测量。4. 最大检测距离
10、有 1，2，3 米，开关量和模拟量型号可选。5. 大范围操作，发散角可达 30 度，可靠覆盖人体有效部位，盲区小，最小距离100mm。6. 不受灰尘和雨水影响，MTBF 时间可达 10 万小时。7. 增强 EMC 及 RFI，抗干扰强；IP67 防护等级，抗冲击，抗振动。8. 发射接收一体化设计，不需要额外安装控制器，直径 30 的圆柱式螺纹，安装调试更加方便。9. 按键锁定及指示灯功能；遥控 Teach-in 示教功能，并有流程表指导操作。T30UX 超声波传感器工作原理：在 自动扶梯出入口每一侧扶手带的下面安装一个超声波传感器 T30UX，利用发射的超声波照到人体身上，并接受到反射的声波，
11、就可以在扶梯入口处探测到乘客之 后发出一个NPN/PNP 或者继电器信号。从而为扶梯执行机构（电机驱动系统）提供准确的运行指令，达到有乘客时运行，无乘客时切换至节能状态：以标准型标称功率 11.7KW 扶梯为例 运行速度 功耗满速空载状态 0.5 米/秒 3.2KW低速节能状态 0.2 米/秒 1.1KW停运节能状态 0 米/ 秒 0 KW为 了确保每一个从不同方向走过来的乘客都能被探测到，需要将传感器的安装位置朝向扶梯的内侧，这样就可以使两道超声波产生交汇，扶梯入口前方形成一个无盲区 的探测带。通过 T30UX 背部的按键调节，可以设定感应范围，并且会产生一个等腰三角形形状的探测光束区域。一
12、旦有行人朝扶梯入口处走来，如图 1 所示，就 可以被声波感应到。图 1：T30UX 超声波传感器检测物体示意图通常国家规定了自动扶梯入口检测的最小距离为 1.3 米（即电梯梯级到乘客的直线距离），本方案选择超声波量程为 2 米的型号，图 2 是简单的安装示意图：其中，X 为传感器到乘客的距离，Y 为乘客探测有效部位。假设目前设定好超声波传感器的探测距离为 1.5 米（即屏蔽 1.5 米以外的物体），同时要考虑到有乘客从侧面进入电梯入口，这时候乘客距离传感器才 30mm。所 以设定 X 的取值范围：1.5 米 X 0.3 米，传感器发射角为 30 度，Y=X * tan30，可以计算出 Y 的同
13、幅度范围：0.87 米Y 0.17 米，即对人体的腿部和脚部进行探测，由于超声波传感器能可靠检测深色物体，而乘客的裤子和鞋子通常都以深色为主，以前采用光电传感器不能 可靠检测的部位，现在有了超声波就可以完全解决了。图 2:T30UX 超声波传感器检测物体角度图现场安装操作流程和注意事项：1. 根据扶梯的结构尺寸，开 25mm 直径圆孔并固定，不需要额外安装支架。2. 确保传感器前没有遮挡物体，建议超声波探头（陶瓷压片）离机构开孔距离 3-5mm。3. 调整并安装信号电源接线（标准 2 米长），避免陶瓷片和连接线有损伤。4. 探测距离可按照说明书的步骤 3 次按键设定，建议设定最大距离 1.5m
14、，最小距离30mm。5. 安装时，可根据具体环境适当向上调整仰角 15-20 度，向内倾斜 10-15 度，具体见图1 和图 2 的角度说明6. 现场安装完毕后可离线远程调试，方便维修人员操作，具体见说明书远程示教功能。以上数据仅供参考，具体的支架设计尺寸根据不同的梯型来确定。邦纳第二代超声波传感器 T30UX 技术参数及尺寸图：T30UX 产品参数表T30UX 超声波传感器尺寸图总结：超 声波传感器在工业上和民用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。而如今，超声波传感器已经 成了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，
15、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，已经在工业领域内达成共识，那就是超声波传感器不光光在所有 的制造领域内（包括质量控制，过程控制和检测），而且在相当一部分民用设备上俱有极大的发展潜力。附：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
16、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，或者是倾斜面对着传感器的。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
17、，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。
