Sensores ultrassônicos 101: respostas às suas perguntas mais frequentes

Os sensores ultrassônicos são dispositivos que geram ondas sonoras de frequência ultra-alta, superiores a 20 kHz, além do alcance da audição humana. Eles usam energia elétrica e um transdutor de cerâmica, que transmite e recebe ondas sonoras. As ondas sonoras são essencialmente ondas de pressão que viajam através de sólidos, líquidos e gases e podem ser usadas em aplicações industriais para medir distância ou detectar a presença ou ausência de alvos.

O sensor possui um transdutor cerâmico que vibra quando a energia elétrica é aplicada a ele. As vibrações comprimem e expandem as moléculas de ar em ondas que viajam da face do sensor até um objeto-alvo. O sensor ultrassônico mede a distância emitindo uma onda sonora e, em seguida, "ouvindo" por um período de tempo definido, permitindo que o eco de retorno da onda sonora ricocheteie no alvo antes de retransmitir.

Como os sensores ultrassônicos usam o som em vez da luz para detecção, eles funcionam em aplicações onde os sensores fotoelétricos não podem. A cor e/ou a refletividade do alvo não afetam os sensores ultrassônicos, permitindo que eles operem de forma confiável em ambientes com alto nível de brilho. Os sensores ultrassônicos também são uma ótima solução para a detecção de objetos claros e para a medição do nível de líquidos.

Os sensores ultrassônicos oferecem vantagens ao detectar objetos transparentes, nível de líquido ou superfícies altamente refletivas ou metálicas. Os sensores ultrassônicos também funcionam bem em ambientes úmidos, enquanto um feixe óptico pode refratar as gotículas de água. No entanto, os sensores ultrassônicos podem ser suscetíveis a flutuações de temperatura ou ao vento, fatores que não afetam os sensores de radar. Com os sensores ópticos, você também pode ter um tamanho de ponto pequeno, resposta rápida e, em alguns casos, pode projetar um ponto visível em um alvo para ajudar no alinhamento do sensor. 

Como os sensores ultrassônicos usam ondas sonoras, qualquer ruído acústico na mesma frequência que o sensor ultrassônico usa pode interferir na saída do sensor. Isso inclui ruídos agudos, como os criados por um apito, e o assobio de válvulas de alívio, ar comprimido ou dispositivos pneumáticos. Também pode ocorrer diafonia acústica ao colocar dois sensores ultrassônicos da mesma frequência próximos um do outro. Os dispositivos eletromagnéticos criam um fluxo alternado de elétrons que gera vibrações. Essas vibrações podem ser captadas por dispositivos elétricos, como transformadores, que criam um zumbido que pode interferir nos sensores ultrassônicos.

A flutuação da temperatura afeta a velocidade das ondas sonoras de um sensor ultrassônico. À medida que a temperatura aumenta, as ondas de som partem e retornam mais rápido do alvo. Embora o alvo possa não ter se deslocado, o sensor pode indicar que o alvo está mais próximo. Para resolver esse problema de temperatura, muitos dos sensores ultrassônicos da Banner, incluindo a série T30UX e a série QS18U, compensam as flutuações de temperatura para oferecer desempenho de alta precisão em uma ampla faixa de temperaturas ambientes. As correntes de ar causadas por equipamentos pneumáticos ou ventiladores também podem desviar ou perturbar o caminho da onda ultrassônica. Isso pode levar um sensor a não reconhecer a localização correta de um alvo. 

Quando um sensor é ligado pela primeira vez, os componentes individuais são aquecidos e também aquecem o espaço e os componentes ao redor. Essa flutuação de temperatura desde a partida a frio até a temperatura operacional é chamada de "desvio de aquecimento". Até que todos os componentes tenham atingido a temperatura operacional correta, a precisão das medições pode ser afetada. 

Uma zona morta refere-se à área diretamente à frente da face do transdutor, onde o sensor não pode fazer medições de forma confiável. Isso é devido a um fenômeno chamado transiente oscilatório. O zumbido é a vibração contínua do transdutor depois que a onda sonora, ou pulso de excitação, é enviada. A energia deve se dissipar antes que o transdutor possa ouvir um eco de retorno. Por esse motivo, os alvos devem estar localizados além da zona morta especificada de um sensor ultrassônico. Alguns sensores ultrassônicos, incluindo a série S18U da Banner, têm uma zona morta mínima e/ou têm a capacidade de eliminar a zona morta quando usados no modo retrosônico.

Em resumo, sim. A velocidade do som é consideravelmente mais lenta do que a velocidade da luz. Portanto, um sensor ultrassônico, por sua própria natureza, será mais lento do que um sensor óptico.

Os melhores alvos para uso com um sensor ultrassônico são superfícies grandes, planas e sólidas de materiais como metal, cerâmica, vidro ou madeira. Eles sempre devem ser colocados perpendicularmente ao sensor. Alvos de superfície macia ou irregular, como pellets, serragem ou espuma, não são detectados com eficácia e são mais bem atendidos por outros tipos de sensores.

Ao configurar um sensor ultrassônico, ensine ao sensor o "plano de fundo" como sua boa condição. Ao ensinar uma superfície de fundo ultrassonicamente reflexiva como a boa condição, qualquer objeto posicionado entre o sensor e o fundo será detectado, fazendo com que a saída seja alternada.

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