Sensores ultrasónicos 101: Respuestas a las preguntas más frecuentes

Los sensores ultrasónicos son dispositivos que generan ondas sonoras de frecuencia ultraalta superiores a 20 kHz, más allá del alcance del oído humano. Utilizan energía eléctrica y un transductor cerámico que transmite y recibe las ondas sonoras. Las ondas sonoras son esencialmente ondas de presión que viajan a través de sólidos, líquidos y gases y pueden usarse en aplicaciones industriales para medir la distancia o detectar la presencia o ausencia de blancos.

El sensor tiene un transductor cerámico que vibra cuando se le aplica energía eléctrica. Las vibraciones comprimen y expanden las moléculas de aire en ondas que viajan desde la cara del sensor hasta un objeto objetivo. El sensor ultrasónico mide la distancia emitiendo una onda sonora y luego "escuchando" durante un periodo de tiempo determinado, lo que permite el eco de retorno de la onda sonora que rebota en el objetivo, antes de retransmitir.

Debido a que los sensores ultrasónicos utilizan el sonido en lugar de la luz para la detección, funcionan en aplicaciones donde los sensores fotoeléctricos no. El color y/o la reflectividad del objetivo no afectan a los sensores ultrasónicos, lo que les permite funcionar de forma fiable en entornos muy deslumbrantes. Los sensores ultrasónicos también son una gran solución para la detección de objetos claros y para la medición del nivel de líquidos.

Los sensores ultrasónicos ofrecen ventajas al detectar objetos claros, nivel de líquido o superficies altamente reflectantes o metálicas. Los sensores ultrasónicos también funcionan bien en entornos húmedos, mientras que un haz óptico puede refractarse en las gotas de agua. Sin embargo, los sensores ultrasónicos pueden ser sensibles a las fluctuaciones de temperatura o al viento, cosas que no afectan a los sensores de radar. Con los sensores ópticos, también puede tener un tamaño de punto pequeño, una respuesta rápida y, en algunos casos, puede proyectar un punto visible en un objetivo para ayudar a la alineación del sensor. 

Dado que los sensores ultrasónicos utilizan ondas sonoras, cualquier ruido acústico en la misma frecuencia que utiliza el sensor ultrasónico puede interferir en la salida del sensor. Esto incluye ruidos agudos como los creados por un silbato, y el siseo de válvulas de alivio, aire comprimido o dispositivos neumáticos. También puede producirse diafonía acústica si se colocan cerca dos sensores ultrasónicos de la misma frecuencia. Los dispositivos electromagnéticos crean un flujo alterno de electrones que produce vibraciones. Estas vibraciones pueden ser captadas por dispositivos eléctricos como transformadores, que crean un zumbido que puede interferir con los sensores ultrasónicos.

La fluctuación de la temperatura afecta a la velocidad de las ondas sonoras de un sensor ultrasónico. A medida que la temperatura aumenta, las ondas sonoras viajan más rápido hacia y desde el objetivo. Aunque el objetivo no se haya desplazado, el sensor puede señalar que el objetivo está más cerca. Para resolver este problema de temperatura, muchos de los sensores ultrasónicos de Banner, incluidos los de las series T30UX y QS18U, compensan las fluctuaciones de temperatura para ofrecer un rendimiento de alta precisión en una amplia gama de temperaturas ambiente. Las corrientes de aire provocadas por equipos neumáticos o ventiladores también pueden desviar o perturbar la trayectoria de la onda ultrasónica. Esto podría hacer que un sensor no reconozca la ubicación correcta de un objetivo. 

Cuando un sensor se enciende por primera vez, los componentes individuales se calientan y también calientan el espacio circundante y los componentes. Esta fluctuación de temperatura desde el arranque en frío hasta la temperatura de funcionamiento se denomina "deriva de calentamiento". Hasta que todos los componentes no hayan alcanzado la temperatura de funcionamiento correcta, la precisión de las mediciones puede verse afectada. 

Una zona muerta se refiere al área directamente delante de la cara del transductor, donde el sensor no puede realizar mediciones confiables. Esto se debe a un fenómeno llamado sonar. El timbre es la vibración continuada del transductor tras el envío de la onda sonora, o pulso de excitación. La energía debe disiparse antes de que el transductor pueda escuchar un eco de retorno. Por ello, los objetivos deben situarse más allá de la zona muerta especificada de un sensor ultrasónico. Algunos sensores ultrasónicos, incluyendo la serie S18U de Banner, tienen una zona muerta mínima y/o tienen la capacidad de eliminar la zona muerta cuando se utilizan en modo retrosónico.

En resumen, sí. La velocidad del sonido es considerablemente inferior a la de la luz. Por lo tanto, un sensor ultrasónico, por su propia naturaleza, será más lento que un sensor óptico.

Los mejores objetivos para utilizar con un sensor ultrasónico son las superficies grandes, planas y sólidas de materiales como metal, cerámica, vidrio o madera. Deben colocarse siempre perpendiculares al sensor. Los objetivos de superficie blanda o irregular, como los perdigones, el serrín o la espuma, no se detectan con eficacia, por lo que es mejor utilizar otro tipo de sensores.

Cuando configure un sensor ultrasónico, enseñe al sensor el "fondo" como su buena condición. Al enseñar una superficie de fondo ultrasónicamente reflectante como condición buena, cualquier objeto que se sitúe entre el sensor y el fondo será detectado, provocando así la conmutación de la salida.

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