Czujniki ultradźwiękowe – jak działają i gdzie znajdują zastosowanie?
Czujniki ultradźwiękowe są bardzo precyzyjnym rozwiązaniem stosowanym do pomiarów w automatyce przemysłowej. Przy ich pomocy można mierzyć odległość, wysokość i poziom, a także ustalać pozycję, wykrywać obecność, a nawet zliczać poszczególne obiekty.
Zasada działania czujników ultradźwiękowych
Czujnik ultradźwiękowy może więc mieć bardzo szerokie zastosowanie w przemyśle. Istnieją jednak pewne problemy wynikające z tego, że ich zastosowanie wymaga dość złożonych operacji pomiarowych.
Sposób działania czujników ultradźwiękowych polega na tym, że nadajnik wysyła falę ultradźwiękową o częstotliwości od kilkudziesięciu do kilkuset herców, skierowaną w kierunku danego obiektu. Gdy fala napotyka obiekt, odbija się od niego i wraca, trafiając do odbiornika. Na podstawie czasu, w którym fala pokonała drogę, można określić odległość od danego obiektu. W tym przypadku należy jednak wziąć pod uwagę również szybkość rozchodzenia się fali w danym ośrodku, czyli zwykle w powietrzu o określonej temperaturze. Może się bowiem zdarzyć, że fala odbije się od innej przeszkody. Jeśli trafi do odbiornika w czasie krótszym od oczekiwanego, prawdopodobnie oznacza to właśnie, że nie dotarła do obiektu, lecz została odbita wcześniej.
Czujniki samooczyszczające się
Współcześnie, dzięki zastosowaniu najnowocześniejszych technologii, czujnik ultradźwiękowy może działać zarówno jako czujnik zbliżeniowy, jak i analogowy miernik odległości. Dużą zaletą takich detektorów jest fakt, że na ich działanie nie wpływają zewnętrzne warunki środowiskowe, takie jak mgła, pył, zanieczyszczenia powietrza. Co więcej, czujniki działają także przy przezroczystych obiektach, które tworzą silne refleksy. Zupełnie unikalną zdolnością sensorów działających na ultradźwięki jest ich samooczyszczanie, które nie występuje w przypadku żadnych innych czujników. Wynika to z faktu, że podczas nadawania fal ultradźwiękowych czujnik sam wprawia się w wibracje (pod wpływem dźwięków o wysokich częstotliwościach) i w ten sposób oczyszcza się z pyłu i innych zanieczyszczeń.
Zakres pomiarowy czujników ultradźwiękowych
Precyzja działania czujnika wynika przede wszystkim z jego zakresu pomiarowego. Określa on przedział, w którym mieszczą się wszystkie wartości, dla których dany czujnik daje pewność precyzji pomiaru. Podstawowa zasada zakłada, że pomiary są zawsze dokładniejsze w środku zakresu, a mniej dokładne bliżej wartości granicznych. Zakres pomiarowy można odpowiednio dopasować do swoich potrzeb. Nowoczesne urządzenia zwykle posiadają bowiem kilka różnych zakresów mieszczących się w tym pełnym, określonym w specyfikacji produktu. Można więc wybrać właściwy dla aktualnie wykonywanego pomiaru.
Zastosowanie czujników ultradźwiękowych
Czujniki ultradźwiękowe są wykorzystywane nie tylko do pomiarów, ale także jako sensory detekcji, czyli do wykrywania obecności przedmiotów w polu ultradźwięków. Dzięki temu mogą mieć bardzo szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu.
Elementy tego typu powszechnie wykorzystywane są jako czujniki ruchu, które zapalają lub gaszą światło pod wpływem ruchu w polu ultradźwięków. Podobnie działają bariery stosowane w halach garażowych czy na publicznych parkingach. Właśnie ultradźwiękowe czujniki ruchu sprawiają, że bariera nie może zostać opuszczona, gdy pod nią znajduje się pojazd lub człowiek. Czujniki detekcji tego typu wspomagają również parkowanie. W produkcji przemysłowej można przy ich pomocy kontrolować przykładowo poziom napełnienia zbiorników i liczbę produktów znajdujących się na taśmach produkcyjnych. Tradycyjnie czujniki ultradźwiękowe stosuje się także do kontrolowania produkcji płytek drukowanych, będących niezwykle ważnym elementem zarówno prostych, jak i zaawansowanych urządzeń elektronicznych.
Duża ilość zalet i uniwersalność tego rozwiązania sprawia, że potencjalny zakres zastosowania czujników jest niemal nieograniczony. Ich potencjał nie jest obecnie w pełni wykorzystywany, ale zapewne wraz z rozwojem technologicznym będzie wzrastał.