化工儀器網技術文章
歐姆龍超聲波傳感器詳細介紹
閱讀：288 發布時間：2015-3-17超聲波傳感器的定義
超聲波傳感器，是通過送波器將超聲波向對象物發送，通過受波器接受這種反射波，來檢測對象物的有無和距離對象物的距離。（距離設定型、限定區域型：＊參見「 分類 」）。通過計算從超聲波發信到受信為止所需要的時間和聲速的關系，來計算傳感器和對象物之間的距離。此外，有些機器通過對穿過送波器和受波器間物體產生的超聲波的衰減或遮斷進行檢測，從而檢測對象物的有無。（對射型、回歸反射型：＊參見「 分類 」）。
原理
在超聲波的發信/受信中使用了壓電陶瓷。
壓電陶瓷的定義
由于施加在元件上的機械力，在電極間隨著力而產生了電動勢。此外，與此相反，若在電極間施加了電壓，隨著其大小則會產生機械性位移。 通過這種電動勢的大小，來檢測、計量對象物的有無和傳感器到對象物之間的距離。
[超聲波傳感器]
由于以空氣為媒介，因此在吹風處和因高溫物體而使空氣流動的場所使用時，以及在吸收音波的粉體等中使用時要注意。
[超聲波傳感器]
分類
按檢測方式分類
對射型
對通過送波器和受波器間的物體產生的超聲波光束的衰減或遮斷進行檢測的方式.
[超聲波傳感器]
反射型
限定距離型
只對存在于距離調整旋鈕設定的檢測距離范圍內的物體發出反射波進行檢測的方式。
[超聲波傳感器]
限定區域型
回歸反射
通過可檢測物體來遮斷反射板發出的正常反射波來進行檢測的方式。
[超聲波傳感器]
限定區域
只對通過距離切換開關選擇設定的檢測區域內存在的物體發出的反射波進行檢測的方式。
[超聲波傳感器]
不確定區域屬于距離調整范圍外，但根據可檢測物體不同，有時可通過多重反射進行檢測。在該范圍內動作將變得不穩定。請避免使可檢測物體進入該范圍。
術語解說
音速
將空氣中的聲速C作為近似式，表示為
C＝331.5＋0.61θ（m/s）θ：氣溫（℃）
若氣溫變化則聲速也變化，這就是因溫度差引起的距離測定誤差。
反射與對射
在同樣的媒介中超聲波將直線傳播，在與不同媒介的臨界面會出現反射、對射的現象。這種現象受媒介的種類、形狀的影響。在大氣中，即使是人體也會出現明顯的反射現象，其檢測較為容易。
多重反射
是指對于在可檢測物體上反射一次后回歸的反射，該反射波反射到傳感器探頭或附近的物體、天花板面等，并再次回歸反射到可檢測物體的反射兩次以上的反射波。
例如2次反射的情況下，則會受到恰好與處于2倍距離的一次反射相同的反射波。
[超聲波傳感器]
限定區域（反射型）
在檢測距離的調整中，不僅是zui大檢測距離，對zui小檢測距離也能連動或單獨調整，該可檢測范圍稱為限定區域（區域限定）。
[超聲波傳感器]
不感應區與不確定區域（反射型）
檢測距離調整的結果，傳感器探頭面和zui小檢測距離間無法檢測的區域稱為不感應區，因傳感器探頭的結構及余響振動，在探頭附近無法檢測的區域稱為不確定區域。 但在不確定區域中，有時可通過傳感器與物體間的多重反射進行檢測。
指向特性
將所需的音響能量施加到目標物上所必須的無指向性送波器和指向性送波器的音響輸出比稱為指向性增益。 頻率越高、振動面積越大，指向性越尖銳，可地發射聲波。 作為超聲波開關使用的傳感器部分的指向特性，在聲壓減半角（半功率角）中為8～30°左右。 指向特性很大程度還受傳感器喇叭的形狀、振子的振動模式等的影響，所以應根據要檢測的動作區域，來決定傳感器部形狀、使用頻率、振子的種類等。
[超聲波傳感器]
聲壓減半角（半功率角）
表示指向性的指標之一。從振子的中心，即聲響能級（聲音的強度）從zui大的角度起，偏移角度后，衰減到聲響能級為zui大值的1/2的角度（由于對稱，所以實際為2倍的角度）稱為半功率角。
邊波瓣
將從振子的中心，即聲響能級（聲音的強度）為zui大的角度開始偏移角度時的聲響能級，用中心開始的長度表示的圖表來表示其指向性，但它具有一種特性，即隨著中心開始的角度增加而減少，隨后再次增加的特性。 這種特性稱為邊波瓣（side lobe），有時會對周圍物體亂發射等，影響檢測特性。
振子
一種施加電氣能量后產生超聲波，或將超聲波振動能量轉換為電氣信號的元件，通常，超聲波開關多采用壓電現象的鈦酸鋇振子，其形狀有圓板形和圓筒形。
喇叭
將超聲波向一定方向聚焦發射或是為了接受超聲波的反射器，其形狀尺寸決定了傳感器的指向特性。
[超聲波傳感器]
送波
是指在發振側連接振子，向方向發射的超聲波，通常用施加在振子上的電壓值或聲壓來表示。
受波
是指直接接受發送來的超聲波，或在振子位置接受物體發出的反射波，通常用轉換后的電壓值或聲壓表示。
余響
若在振子上，以脈沖形式施加了接近其共振頻率的電氣信號，則即使電氣信號消失，超聲波振動也會機械性的持續短時間的現象稱為余響。在反射型中，這種余響現象若持續長時間，則無法檢測。
[超聲波傳感器]
F.S.（Full Scale）
表示額定檢測距離的范圍，根據各型號不同，值也不同。
直線性
在溫度、電壓一定的條件下，將距離和線性輸出的關系以圖表表示時，表示相對于理想直線，其zui大誤差的比例。
可檢測物體的種類與形狀（反射型）
可檢測物體可分為如下幾類:
（A）平面狀……液體、箱子、塑料片、紙、玻璃等。
（B）圓柱狀……罐、瓶、人體（人體保護用途除外）等。
（C）顆粒體或塊狀……礦物、巖石、煤炭、焦炭、塑料球等
反射效率根據這些可檢測物體的形狀而有所差異:
（A）的情況下，反射波回歸zui多，但受可檢測物體傾斜的影響會變大。
（B）、（C）的情況下，會有漫反射，反射波不一樣，但受傾斜的影響少。
[超聲波傳感器]
共通注意事項 ★各商品的注意事項，請參見各商品的「 請正確使用」
[超聲波傳感器] 警告
[超聲波傳感器] 不能作為沖壓的安全裝置或其他人體保護用安全裝置使用。
本產品與安全性無關，主要用于工件和作業者的檢測用途。
[超聲波傳感器]
安全要點
●配線時
關于電源電壓
使用時請不要超過使用電壓范圍。
感器上施加了交流電源（AC100V以上），則可能引起破裂或燒毀。
傳感器上施加了交流電源（AC100V以上），則可能引起破裂或燒毀。
關于負載短路
請避免使負載短路。否則可能引起破裂或燒毀。
關于誤布線
請避免對電源的極性等進行錯誤布線。否則可能引起破裂或燒毀。
關于無負載的連接
若在無負載的條件下直接連接電源，則可能引起內部元
件破裂或燒毀，所以請在施加負載后進行布線。
●使用環境
請不要在可燃性爆炸氣體的環境下使用。
使用注意事項
●安裝時
傳感器的安裝角度
能級控制、距離控制的情況下，檢測信號的穩定性將受可檢測物體的反射面狀態的影響。
安裝傳感器時，請使超聲波束與反射面呈直角。
傳感器周圍的障礙物
請注意避免因超聲波束的擴大、或邊波瓣引起的漫反射等而引起誤動作。
對射型的情況下，會因地面的反射產生影響，所以這種情況下，請在地面上粘貼布或海綿等易吸收聲波的材料，或設置遮音壁。
關于設置
請利用附屬的安裝螺母或本體安裝孔進行設置固定。（詳細內容請參見外形尺寸圖）
安裝超聲波式傳感器時，如用錘子等敲打，將損壞防水功能。
若未充分固定，則會因振動等引起破損，或因移動而無法進行正確檢測。
關于環境
為了維持動作的可靠性和長壽命，請避免在超過額定的溫度和外部空氣條件下（室外）進行使用。
由于超聲波式傳感器將空氣作為傳播媒介，所以若局部有溫差，則會在臨界面發生反射、折射，在有風的地方則會使檢測區域變化，引起誤動作。因此，請避免在空氣屏障送風機等場所使用。
由于空氣噴嘴發出的噴射聲包含多種頻率成分，所以影響很大，請不要在這類物體附近使用。 若在傳感器的表面（送波、受波部）附有水滴，則會降低檢測距離。
微粉末體及棉等吸音物質的情況下，無法檢測。（反射型）
●布線時
若高壓線、動力線和超聲波傳感器的布線在同一配管或槽內，則會引起感應，有時會造成誤動作或破損，所以請另行布線或單獨配管后使用。
●其他
使用市售的開關調節器時，請將FG（機架接地端子）及G（接地端子）接地后使用。