20.09.2013 | 08:51:00 | ID: 16091 | Ressort: Landwirtschaft | Produkte

Funktionsweise Ultraschallsensoren

Stuttgart (agrar-PR) -

Sensoren übernehmen mittlerweile in den unterschiedlichsten Formen und Funktionsweisen in unserem täglichen Leben zahlreiche Aufgaben, meist genau dann, wenn wir nicht einmal erahnen können, dass hinter einem speziellen technischen Phänomen so etwas wie ein Sensor steckt.

Die technischen Bauteile sorgen zum Beispiel dafür, dass bestimmte physikalische oder chemische Eigenschaften qualitativ oder quantitativ erfasst werden können, unter anderem in der Automatisierungstechnik. Während induktive Sensoren vor allem auf Änderungen eines elektromagnetischen Feldes reagieren, arbeiten beispielsweise Ultraschallsensoren mit akustischen Wellen in einem Übertragungsmedium wie Gas, Flüssigkeit oder einem Festkörper.

Doch zurück zum Ultraschallsensor. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass er im Gegensatz zu anderen Sensoren sehr viel resistenter gegenüber Verschmutzungen und Feuchtigkeit ist.

Selbst wenn es zu kleinen Beschädigungen der Wandleroberfläche kommt, ist das meist noch kein Problem. Induktive Sensoren sind ähnlich robust und auch die Bauform der zwei Sensorarten ist relativ gleich. Industrietaugliche Ultraschallsensoren gibt es schon seit etwa 30 Jahren für den Bereich der Fertigungsautomatisierung, doch zunächst waren die Geräte nicht nur extrem groß sondern auch ziemlich teuer, so dass man sie in den ersten Jahren nur in speziellen Einsatzgebieten fand.

Heute ist jedoch kaum ein Bereich der Automatisierung mehr anzutreffen, in denen die Ultraschallsensoren keine Rolle spielen. Inzwischen sind sie kompakter, preisgünstiger und zudem leistungsfähiger geworden. Doch man sollte nicht glauben, dass die Entwicklung auf diesem Gebiet schon komplett abgeschlossen ist, denn neue Anwendungen sind immer wieder zu erwarten.

Der Wandler ist ein bedeutsamer Teil des Ultraschallsensors, der meist aus einem robusten Festkörperwandler besteht. In diesem Bereich zählen optimale akustische Anpassung, hohe mechanische Stabilität, gute chemische Resistenz und ein großer Temperaturbereich. Dieser Wandler wird im Sendebetrieb durch ein Burstpaket beziehungsweise Einzelimpuls auf seiner Resonanzfrequenz elektrisch mit Spannung angeregt, die bis zu mehrere hundert Volt betragen kann. Im Anschluss wechselt der Sensor in den Empfangsmodus. Währenddessen arbeitet der Wandler als Mikrofon und das Empfangssignal wird mit einigen Millivolt verstärkt, demoduliert und einem Schwellwertdetektor zugeführt.

Die Laufzeit des Schallimpulses dient dann dazu, den Objektabstand zu errechnen. Unmittelbar vor dem Sensor ergibt sich ein so genannter Blindbereich, da für Sender und Empfänger der gleiche Wandler verwendet wird. In diesem Bereich ist keine Detektion möglich, doch dieser lässt sich drastisch reduzieren, wenn man verschiedene Maßnahmen in der Hard- und Software beachtet.

Die Schallgeschwindigkeit in der Luft ist sehr temperaturabhängig, deshalb ergibt sich bei einem Betriebstemperaturbereich von 100 K eine Änderung von etwa 18 Prozent. Diese Störgröße wird insofern unterdrückt, als dass der Sensor die Temperatur erfasst und eine entsprechende Kompensation vornimmt.

Angewendet werden Ultraschallsensoren eigentlich immer dann, wenn es in einer Branche zu automatisierten Abläufen kommt, zum Beispiel in der Druckindustrie, wenn der Füllstand in Farbbehältern gemessen werden muss, doch auch bei landwirtschaftlichen Geräten zur Abstands-, Positions- und Füllstandsmessung. Scanner, Geldautomaten, Drucker und andere Geräte werden ebenfalls mit Ultraschallsensoren ausgestattet. Sie begegnen uns im täglichen Leben also sehr viel häufiger als wir es bemerken. Und dennoch wären zahlreiche Bereiche ohne sie kaum oder nur schwer durchführbar.

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