超音波センサー101：よくある質問と回答

超音波センサーは、人間の可聴域を超える20kHz以上の超高周波音波を発生する装置である。電気エネルギーと、音波を送受信するセラミック・トランスデューサーを使用する。音波は、本質的には固体、液体、気体を通して伝播する圧力波で、距離を測定したりターゲットの存在の有無を検出するために産業用途に使用されます。

超音波センサにはセラミック製のトランスデューサがあり、これは電気的エネルギーが印加されると振動するようになっています。振動は空気分子を圧縮・膨張させ、その波はセンサー面から対象物へと伝わる。超音波センサーは、音波を発し、一定時間 "聞く "ことによって距離を測定する。

超音波センサでは光ではなく音によって検出を行うため、光電センサを使用できないような用途に向いています。ターゲットの色や反射率は超音波センサーに影響を与えないため、高グレア環境でも確実に動作する。超音波センサーは、透明な物体の検出や液面測定にも最適なソリューションです。

透明体や液体レベル、反射性の高い表面や金属の表面の検知用途において、超音波センサはメリットがあります。超音波センサーは湿った環境でも機能するが、光学ビームは水滴で屈折する可能性がある。しかし、超音波センサーは、レーダーセンサーには影響しない温度変動や風の影響を受けやすい。光学式センサーの場合、スポットサイズが小さく、高速応答が可能で、場合によっては、センサーのアライメントを助けるためにターゲット上に可視スポットを投影することもできる。 

超音波センサーは音波を使用するため、超音波センサーが使用する周波数と同じ周波数の音響ノイズはセンサーの出力を妨害する可能性があります。これには、笛のような甲高い音や、リリーフバルブ、圧縮空気、空気圧機器のヒューヒューという音が含まれる。また、同じ周波数の2つの超音波センサーを近くに置くと、音響的なクロストークが発生することがあります。電磁デバイスは電子の交互の流れを作り出し、それが振動を起こす。これらの振動は変圧器などの電気機器によって拾われ、超音波センサーを妨害するハムノイズを発生させる。

温度の変動によって超音波センサの音波の速度が変わります。温度が上がると、音波がターゲットへ/から伝播される速度が速くなります。目標は移動していないかもしれないが、センサーは目標がより近くにあることをピンポイントで示すかもしれない。この温度問題を解決するため、T30UXシリーズ やQS18Uシリーズ など、バナーの超音波センサの多くは温度変動を補正し、幅広い周囲温度範囲で高精度の性能を発揮します。空気圧機器やファンによる気流も、超音波の経路を偏らせたり乱したりする可能性がある。それによってセンサでターゲットの位置を正しく認識できなくなることがあります。 

センサを始動すると個々のコンポーネントが暖まり、周囲の空間とコンポーネントも暖まります。コールドスタートから作動温度までのこの温度変動は、"ウォームアップドリフト "と呼ばれる。すべてのコンポーネントが適切な動作温度に達するまで、測定の精度に影響が出る可能性があります。 

デッドゾーン、不感帯とはセンサが高い信頼性で測定できない場所のことで、トランスデューサ正面のすぐ前の辺りを指します。これはリンギングと呼ばれる現象によるものです。リンギングとは、音波（励振パルス）が送られた後、トランスデューサーの振動が続くことである。トランスデューサで反射エコーを受信する前にエネルギーは分散しなければなりません。このため、ターゲットは超音波センサーの指定された不感帯の外側に配置する必要がある。バナーのS18Uシリーズ を含むいくつかの超音波センサーは、最小限の不感帯を持ち、レトロソニックモードで使用される場合、不感帯をなくす機能を持ちます。

要するに、そうだ。音速は光速よりかなり遅い。したがって、超音波センサーは、その性質上、光学センサーよりも遅くなる。

超音波センサーを使用するのに最適なターゲットは、金属、セラミック、ガラス、木材などの大きくて平らな固体表面である。常にセンサーに対して垂直に配置されるべきである。ペレット、おがくず、発泡スチロールのような柔らかい、または不規則な表面のターゲットは効果的に検出されないため、他のタイプのセンサーの方が適している。

超音波センサーをセットアップするときは、センサーに「背景」を良い状態として教える。超音波を反射する背景面を良好な状態として教えることで、センサーと背景の間に位置する物体が検出され、出力が切り替わる。

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