Capteurs à ultrasons 101 : réponses aux questions les plus fréquentes

Les capteurs ultrasoniques sont des dispositifs qui génèrent des ondes sonores à ultra-haute fréquence supérieures à 20 kHz, au-delà de la gamme de l'audition humaine. Ils utilisent l'énergie électrique et un transducteur en céramique, qui transmet et reçoit les ondes sonores. Les ondes sonores sont essentiellement des ondes de pression qui se propagent à travers les solides, les liquides et les gaz et peuvent être utilisées dans les applications industrielles pour mesurer la distance ou détecter la présence ou l'absence des cibles.

Le capteur possède un transducteur en céramique qui vibre quand on lui applique une énergie électrique. Les vibrations compriment et dilatent les molécules d'air sous forme d'ondes qui se propagent de la face du capteur à l'objet ciblé. Le capteur à ultrasons mesure la distance en émettant une onde sonore, puis en "écoutant" pendant un certain temps, ce qui permet à l'onde sonore de rebondir sur la cible avant d'être retransmise.

Comme celui-ci utilise le son plutôt que la lumière pour la détection, il est utilisé dans des applications où les capteurs photoélectriques ne sont pas adaptés. La couleur de la cible et/ou la réflectivité n'affectent pas les capteurs à ultrasons, ce qui leur permet de fonctionner de manière fiable dans des environnements très éblouissants. Les capteurs à ultrasons constituent également une excellente solution pour la détection d'objets clairs et la mesure du niveau de liquide.

Un capteur à ultrasons est plus intéressant dans les applications de détection des objets transparents, des niveaux de liquides ou des surfaces métalliques ou très réfléchissantes. Les capteurs à ultrasons fonctionnent également bien dans les environnements humides, alors qu'un faisceau optique peut se réfracter sur les gouttelettes d'eau. Cependant, les capteurs à ultrasons peuvent être sensibles aux fluctuations de température ou au vent, des éléments qui n'affectent pas les capteurs radar. Les capteurs optiques permettent également d'obtenir une petite taille de spot, une réponse rapide et, dans certains cas, de projeter un spot visible sur une cible pour faciliter l'alignement du capteur. 

Comme les capteurs à ultrasons utilisent des ondes sonores, tout bruit acoustique à la même fréquence que celle utilisée par le capteur à ultrasons peut interférer avec la sortie du capteur. Il s'agit notamment de bruits aigus tels que ceux créés par un sifflet et le sifflement des soupapes de sûreté, de l'air comprimé ou des dispositifs pneumatiques. Vous pouvez également constater une diaphonie acoustique si vous placez deux capteurs ultrasoniques de même fréquence à proximité l'un de l'autre. Les dispositifs électromagnétiques créent un flux alternatif d'électrons qui produit des vibrations. Ces vibrations peuvent être captées par des appareils électriques tels que les transformateurs, qui créent un bourdonnement susceptible d'interférer avec les capteurs à ultrasons.

Les fluctuations de température affectent la vitesse des ondes sonores d'un capteur à ultrasons. Plus la température augmente, plus les ondes sonores se propagent rapidement entre le capteur et la cible. Même si la cible ne s'est pas déplacée, le capteur peut indiquer qu'elle est plus proche. Pour résoudre ce problème de température, de nombreux capteurs à ultrasons de Banner, y compris les séries T30UX et QS18U, compensent les fluctuations de température pour offrir des performances de haute précision dans une large gamme de températures ambiantes. Les courants d'air provoqués par les équipements pneumatiques ou les ventilateurs peuvent également dévier ou perturber la trajectoire de l'onde ultrasonore. Il est dès lors possible que le capteur ne puisse pasdétecter l'emplacement exact de la cible. 

Lors de la mise en marche du capteur, les composants individuels chauffent et réchauffent également l'espace et les composants environnants. Cette fluctuation de la température entre un démarrage à froid et la température de fonctionnement est appelée "dérive d'échauffement". Tant que tous les composants n'ont pas atteint la température de fonctionnement correcte, la précision des mesures peut être affectée. 

Une zone morte fait référence à la zone située juste devant la face du transducteur et dans laquelle le capteur ne peut pas effectuer de mesures précises. Cette zone est due à un phénomène appelé post-oscillation. Le tintement est la vibration continue du transducteur après l'émission de l'onde sonore ou de l'impulsion d'excitation. L'énergie doit se dissiper avant que le transducteur puisse écouter l'écho de retour. Pour cette raison, les cibles doivent être situées au-delà de la zone morte spécifiée d'un capteur à ultrasons. Certains détecteurs à ultrasons, notamment la série S18U de Banner, ont une zone morte minimale et/ou ont la capacité d'éliminer la zone morte lorsqu'ils sont utilisés en mode rétrosonique.

En bref, oui. La vitesse du son est considérablement plus lente que celle de la lumière. Par conséquent, un capteur à ultrasons, de par sa nature même, sera plus lent qu'un capteur optique.

Les meilleures cibles pour un capteur à ultrasons sont les grandes surfaces planes et solides, composées de matériaux tels que le métal, la céramique, le verre ou le bois. Ils doivent toujours être placés perpendiculairement au capteur. Les cibles à surface molle ou irrégulière, telles que les granulés, la sciure de bois ou la mousse, ne sont pas détectées efficacement et sont mieux servies par d'autres types de capteurs.

Lors de la mise en place d'un capteur à ultrasons, apprenez au capteur que l'"arrière-plan" est votre bonne condition. En définissant une surface d'arrière-plan réfléchissant les ultrasons comme bonne condition, tout objet placé entre le capteur et l'arrière-plan sera détecté, ce qui entraînera la commutation de la sortie.

Pour plus d'informations sur la façon dont les mesures de précision avec les capteurs à ultrasons de Banner Engineering peuvent améliorer vos opérations, contactez un ingénieur de Banner dès aujourd'hui.