Lydtsunami på vei

Ultralydsensorer seiler opp som et attraktivt alternativ til fotoceller.

Her blir et kretskort posisjonert ved hjelp av en ultralydsensor.
Her blir et kretskort posisjonert ved hjelp av en ultralydsensor.

Ultralydsensorer seiler opp som et attraktivt alternativ til fotoceller.

Ultralydsensorer

  • Detekterer alle materialer minus lydabsorberende.
  • Håndterer ulike overflater som transparent, farge, flat eller knudrete.
  • Robust, uavhengig av forstyrrelser som tåke, snø, røyk og støv.
  • Berøringsfri måling, mottar et avstandssignal fra objektet.
  • Standard grensesnitt , 0-10 VDC, 0/4-20mA, IO-Link, transistorutgang.

 

  • Forgrunns- og bakgrunnsavblending  i en og samme sensor.
  • Presis bakrunnsavblending, ingen sort/hvit-forskjell (fargeuavhengig).
  • Ufølsom for fremmedlys.
  • Stort temperaturområde, typisk -25 til +70 °C.
  • Justerbar lydkjegle (noen utgaver).
  • Parameteriserbar for bedre tilpasning til applikasjon (noen utgaver), med IO-Link, Teach In (opplæring) eller trykknapper/potensiometer.

Tre ultralydteknologier

  • Bakgrunnsavblendet sensor (Ingen sort/hvit-differanse).
  • Mot reflektor (Alle objekter kan benyttes som reflektor, noe som gir meget høy sikkerhet for objektdeteksjon).
  • Separat sender og mottaker (Lang rekkevidde, sikker deteksjon, og rask respons).

Salgssjef Agnar Sæland hos Pepperl+Fuchs forteller til Automatisering at ultralydsensorer har krympet både i størrelse og pris.

 

Flink med form og farge

 

Tidligere hadde gjerne fotoceller og induktive sensorer rangen for deteksjon av objekter på korte avstander. Sæland forklarer at ultralydapplikasjoner på under 20 cm er vanlig i dag.

 

Deteksjon med ultralyd er upåvirket av objektets farge, form og i stor grad også overflate. Unntakene er objekter som akustisk absorberende medium, som bomull, skum og skumplast. Sæland forklarer at de fleste applikasjoner har en målenøyaktighet bedre enn på 1 millimeter. Men det er AD-konverteren som bestemmer dette.

- På avstander over en meter vil oppløsningen i sensorer med 12 bit AD-omformer være måleområdet dividert med 4096, altså to opphøyd i tolvte potens, sier salgssjefen.

 

Bedring av blindsonen

Her blir en ultralydsensor parametrisert for nivåmåling.
Her blir en ultralydsensor parametrisert for nivåmåling.
 

Blindsonen og spredevinkelen på lydkjeglen har vært brukt som argumenter mot teknologien. Sæland opplyser at produsentene de siste årene har lagt ned stor innsats for å redusere blindsonen. Dessuten har bruk av mikroprosessor gjort det mulig å redusere spredevinkelen på en del sensorer.

 

Salgssjefen forklarer at ultralydsensorer kan benyttes i applikasjoner med direkte refleksjon, refleksjon fra reflektor og separat sender og mottaker.

 

Direkte refleksjon blir automatisk “bakgrunnsavblendet“, da rekkevidden er lik for alle objekter, uavhengig av form og farge. Ønsker man å benytte reflektor, kan alle plane objekter benyttes, og utgangssignalet endrer seg om et objekt kommer mellom reflektor og sensor.

 

Ifølge Sæland skjer det samme dersom det benyttes sensorer med separat sender og mottaker.

 

I fotocellekapslinger

 

Vil ultralydsensorer utkonkurrere fotoceller? Sæland gir et entydig nei. Samtidig mener han at ultralyd vil ta over i enkelte konvensjonelle fotocelleapplikasjoner. Salgssjefen trekker fram deteksjon av folie og tynne PET-flasker som et eksempel der fotocellene sliter, på grunn av polarisering av lyset. I slike applikasjoner brukes det ofte ultralyd.

 

Ifølge salgssjefen er det også en klar trend at det utvikles ultralydsensorer i samme kapslinger og byggeform som fotoceller. Det bærer bud om hva som er i gjære.

- Det beste eksempelet på dette er sylindriske versjoner, sier Sæland.

 

Fargerike fordeler

Salgssjef Agnar Sæland oppfordrer designere av maskinstyring til å vurdere ultralydsensorer der fotoceller har vært regjerende.
Salgssjef Agnar Sæland oppfordrer designere av maskinstyring til å vurdere ultralydsensorer der fotoceller har vært regjerende.
 

Han opplyser at det de siste årene har kommet sensorer i både M18- og M12-utførelser. Sæland poengterer at M12-versjonen kan benyttes opp til 12 cm, et område kun fotoceller kunne benyttes i for noen år siden.

- Det finnes også ultralyd, fotoceller og induktivt i andre byggeformer, kommenterer salgssjefen.

 

Han trekker fram at fotoceller kan ha sine fordeler, blant annet med en tynn lysstråle, også på lange avstander, og synlig, rødt lys for enkel innstilling.

- For ultralyd er det klart at rekkevidde kan være en begrensning, rett og slett fordi lydkjeglen blir større med økt rekkevidde, sier Sæland.

 

Han oppfordrer til slutt designere av maskinstyring til å tenke utenfor boksen.

- Det kan være smart å beskrive applikasjonen for å få den beste teknologien, i stedet for å si at jeg har en fotocelleapplikasjon som skal løses, oppfordrer salgssjefen.

 

Kongelige konfigurasjonsmuligheter

 

Ettersom ultralydsensorene har fått mikroprosessor om bord, har både funksjonaliteten og fleksibiliteten økt. Ifølge Agnar Sæland kan en og samme sensor benyttes til flere funksjoner.

 

Kan justere lydkjeglen

 

De enkleste sensorene har kun rekkevidde- eller settpunktsinnstilling, enten med en opplæringsfunksjon eller et potentiometer. Salgssjefen sier at det finnes sensorer hvor endring fra stigende til fallende flanke, eller endring fra NO (normalt åpen) til NC (normalt lukket) funksjon kan konfigureres på en enkel måte med trykknapper på sensoren. Han legger til at innstilling av lydkjeglen også kan gjøres på noen av utgavene.

 

Standardiserer på IO-Link

Eksempel på ultralydsensorer.
Eksempel på ultralydsensorer.
 

For avansert applikasjonstilpasning kan det være nødvendig med avanserte ultralydsensorer, og kanskje et kommunikasjonsgrensesnitt. I dag tilbyr de store sensorprodusentene for eksempel IO-Link som standard. Konfigurasjonsverktøyet Pactware har også blitt populært.

 

Sæland forklarer at det åpner opp for en enklere og mer nøyaktig rekkeviddeinnstilling, altså mer avansert tilpasning: tilpasning av lydkjegle, filter for å undertrykke røreverk og bølger i tanker, endring av funksjon; NO/NC (normalt åpen/lukket), vindus-modus, eller stigende/fallende flanke. I tillegg gir de fleste muligheten for en live-status, det vil si et grafisk bilde på målesignalet.

 

Sikkerhetskopi

 

Sæland sier at alle innstillinger lagres som fil, og at dette forenkler hverdagen både ved montering og igangkjøring, samt ved utskifting av defekte sensorer.

- Alle parameterne er lagret som fil og kan enkelt lastes ned i sensoren, sier han.

 

Ultralydteknologien

 

Ultralyd bruker lydbølger som “arbeidsverktøy”. De ikke-hørbare lydbølgene sendes ut i pakker fra en sender, en transmitter, mot et objekt. Tiden det tar til disse kommer tilbake til mottakeren, gir avstanden til objektet.

 

Kan ha blindsone

 

Sender og mottaker er ofte i samme kapsling. Forenklet kan en da si at enheten fungerer som en høyttaler i sende-modus, og som en mikrofon i mottaker-modus. Denne endringen i funksjon tar en viss tid, og er med på å definere sensorens blindsone.

 

Ved bruk av ultralyd kan en av og til høre svak knitring. Dette er ikke lydbølgene i seg selv, men pakkene og endringen mellom høyttaler og mikrofon.

 

Ser gjennom støv

 

Lydfrekvenser over 65 kHz er normalt for en ultralydsensor. Dette gir seg også utslag i en svak vibrasjon i sensorelementet. Det er en viktig årsak til at teknologien er godt egnet i applikasjoner med støv og smuss. Den lille vibrasjonen sørger for at fremmedpartiklene ikke fester seg og forstyrrer målingen, noe som kan være et problem ved bruk av fotoceller i slike omgivelser.

 

Lydbølger går vesentlig saktere enn lys, og en ultralydsensor vil da være mer påvirket av enkelte ytre forhold enn fotoceller, samtidig som de kan være mindre påvirket av andre faktorer.

 

Temperaturkompensasjon

 

Forhold som påvirker lydens hastighet vil påvirke måleresultatet i større eller mindre grad. Lydens hastighet er 333 m/sek ved 25 grader celsius. Endring i temperatur vil endre lydens hastighet, og dermed måleresultatet.

 

Mange sensorer er utstyrt med et lite temperaturelement. Mikroprosessoren som regner ut avstanden, kompenserer da for endring i temperatur.

 

Luftfuktighet og lufttrykk vil påvirke målingen, men dette i mindre grad. Ultralyd fungerer ikke i vakuum. Det må rett og slett være gass tilstede. Trykkluft har også vært sett på som et problem, men med nye algoritmer er det mulig å undertrykke dette opp til et visst nivå.

 

 

Eksklusivt for digitale abonnenter

På forsiden nå