Sensores ultrasónicos 101: respuestas a las preguntas más frecuentes

Resumen: Los sensores ultrasónicos utilizan energía eléctrica y un transductor cerámico para emitir y recibir energía mecánica en forma de ondas sonoras. Las ondas sonoras son esencialmente ondas de presión que viajan a través de sólidos, líquidos y gases y se pueden usar en aplicaciones industriales para medir distancias o detectar la presencia o ausencia de objetivos. Esta sesión de preguntas y respuestas responde algunas preguntas comunes sobre sensores ultrasónicos, teoría y terminología.

Imagen: Sensor ultrasónico para detección de nivel

P: ¿Qué son los sensores ultrasónicos?

Los sensores ultrasónicos son dispositivos de control industrial que utilizan ondas sonoras por encima de 20.000 Hz, más allá del rango de audición humana, para medir y calcular la distancia desde el sensor a un objeto objetivo específico.

P: ¿Cómo funciona un sensor ultrasónico?

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 desde la cara del sensor hasta un objeto objetivo. Un transductor transmite y recibe sonido. El sensor ultrasónico medirá la distancia emitiendo una onda de sonido y luego “escuchando” durante un período de tiempo determinado, permitiendo el eco de retorno de la onda de sonido que rebota en el objetivo, antes de retransmitir.

P: ¿Cuándo usaría un sensor ultrasónico?

Debido a que los sensores ultrasónicos utilizan el sonido en lugar de la luz para la detección, funcionan en aplicaciones donde los sensores fotoeléctricos pueden no hacerlo. Los sensores ultrasónicos son una gran solución para la detección de objetos transparentes y para la medición del nivel de líquido, aplicaciones con las que los sensores fotoeléctricos luchan debido a la translucidez del objetivo. El color y / o la reflectividad del objetivo no afectan a los sensores ultrasónicos que pueden operar de manera confiable en entornos con mucho deslumbramiento.

P: ¿Cuándo debería usar un sensor ultrasónico en lugar de un sensor óptico?

Los sensores ultrasónicos ofrecen ventajas a la hora de detectar objetos transparentes, nivel de líquido o superficies altamente reflectantes o metálicas. Los sensores ultrasónicos también funcionan bien en ambientes húmedos donde un rayo óptico puede refractarse de las gotas de agua. Sin embargo, los sensores ultrasónicos son susceptibles a las fluctuaciones de temperatura o al viento. 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 con la alineación del sensor

P: ¿Cómo tratan los sensores ultrasónicos el ruido y las interferencias?

Cualquier ruido acústico en la frecuencia a la que es receptivo el sensor ultrasónico puede interferir con la salida de ese sensor. Esto incluye ruidos agudos como los creados por un silbido, el silbido de las válvulas de alivio, el aire comprimido o los dispositivos neumáticos. También puede obtener diafonía acústica al ubicar dos sensores ultrasónicos de la misma frecuencia juntos. Otro tipo de ruido, el ruido eléctrico, no es exclusivo de los sensores ultrasónicos.

P: ¿Qué condiciones ambientales afectan a un sensor ultrasónico?

La fluctuación de temperatura afecta la velocidad de las ondas sonoras de un sensor ultrasónico. A medida que aumenta la temperatura, las ondas sonoras viajan más rápido hacia y desde el objetivo. Si bien es posible que el objetivo no se haya movido, al sensor le parecerá que el objetivo está más cerca. Las corrientes de aire debidas a 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.

P: ¿Por qué debo dejar que mi sensor ultrasónico se caliente antes de operarlo?

El sensor ultrasónico no debe configurarse ni operarse hasta que haya tenido la oportunidad de calentarse. 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 un arranque en frío hasta la temperatura de funcionamiento se denomina “Deriva de calentamiento”. Hasta que todos los componentes se hayan estabilizado a la temperatura de funcionamiento correcta, la precisión de sus mediciones puede verse afectada.

P: ¿Qué es una zona muerta?

Una zona muerta se refiere al área directamente enfrente de la cara del transductor donde el sensor no puede realizar mediciones de manera confiable. Esto se debe a un fenómeno llamado timbre. El timbre es la vibración continua del transductor después del pulso de excitación. La energía debe disiparse antes de que el transductor pueda escuchar un eco de retorno. Asegúrese de ubicar su objetivo fuera de la zona muerta especificada de su sensor ultrasónico.

P: ¿Son los sensores ultrasónicos más lentos que los sensores fotoeléctricos?

Si. La velocidad del sonido es considerablemente más lenta que la velocidad de la luz, por lo que un sensor ultrasónico, por su propia naturaleza, será más lento que un sensor óptico.

P: ¿Qué tipo de objetivos debo evitar cuando utilizo un sensor ultrasónico?

Los mejores objetivos para usar con un sensor ultrasónico son superficies grandes, planas y sólidas de materiales como metal, cerámica, vidrio o madera. La colocación siempre debe ser perpendicular al sensor. Deben evitarse los objetivos de superficie blanda o irregular, como bolitas, aserrín o espuma.

P: ¿Cuál es la mejor manera de detectar objetos colocados al azar usando un ultrasonido?

Enséñele al sensor el “fondo” como su buena condición. Al enseñar una superficie de fondo reflectante ultrasónicamente como el buen estado, se detectará cualquier objeto que se interponga entre el sensor y el fondo, lo que provocará que la salida cambie.

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