Basınç ; Hava Parçaçıklarının Hızı. Mesafe. Basınç : P. Basınç:P. Mesafe 9.1

ULTRASONİK SENSÖRLER : SES DALGALARININ ÖZELLİKLERİ Basınç ;

Hava Parçaçıklarının Hızı

Mesafe

Ağız Kulak Basınç:P

Mesafe

Basınç : P

9.1

9.2 Ses yüksekliğinde belirleyici olan etken

Frekans’tır.Ses yüksekse , frekansta yüksektir.

SINIFLANDIRMA :

İnfra sonik 20 Hz ve altı

Audio aralığı ~ 20 Hz ... 20 kHz

Ultra sonik 20 kHz ... ~ 1 GHz

Hyper sonik 1 GHz ve üzeri

SES DALGALARININ SÜPERPOZİSYONU Basınç

Dalga 1 + Dalga2

Dalga1+

Dalga2

Mesafe

Basınç Dalga 1 + Dalga2

Dalga1+

Dalga2

Mesafe

SES DALGALARININ SÜPERPOZİSYONU

Girintili ve Çıkıntılı yüzeye sahip cisimlerin

algılanmasında dikkat edilmelidir.

Sesin Gidiş - Geliş Zamanının Ölçümü

9.3

ÖLÇÜM PRENSİBİ

Transdüser ultrasonik darbeyi iletir.Darbe sehimden yansır ve transdüser tarafından alınır.Darbenin gidiş geliş zamanı sensörle sehimin mesafesine göre orantılıdır.

Cisim

Ultrasonik Darbe Transdüser

Zaman Ultrasonik darbe t=0 zamanında transdüser tarafından iletiliyor. X pozisyonundaki hedef tarafından

yansıtıldıktan sonra t= tx. zamanında darbe alınıyor.

tx ; X mesafesi ile orantılıdır.

9.4

ÖLÇÜM PRENSİBİ Cisim

Transdüser

Transdüserin gerilim sinyali Darbe iletimi esnasında voltaj genliği 80V’a kadar çıkar.Darbenin zaman uzunluğu iletim zamanına ve transdüserin uyarılmasına bağımlıdır.Alınan ekonun voltaj genliği µV ‘lar mertebesindedir.

Mesafe

Ölü alan

Ultrasonik darbenin iletimi esnasında (0 to

T

Pulse) eko algılanamaz.

Bu bize mesafe ölçümü yapamayacağımız bir alan belirtir.

Bu alanı Ölü Alan olarak tanımlarız.

(0 to XD )

9.5

ÖLÇÜM PRENSİBİ

Tur Zamanı

T=0 zamanında darbe iletilir, cisimden yansır, transdüser tarafından algılanır ve tekrar gönderilir.Sonraki darbe TTUR ilk darbenin ultrasonik enerjisinin hepsi absorbe edildiğinde zamanında iletilebilir.

İki darbe iletim zaman aralığı = TUR ZAMANI olarak adlandırılır.Sensör çeşidi olarak:

Geniş algılama mesafesi olanlarda uzun tur zamanları ve yavaş yanıtlama zamanları vardır.

Kısa algılama mesafesi olanlarda kısa tur zamanları ve hızlı yanıtlama zamanları vardır.

9.6

SESİN SOĞRULMASI Ses vericisi I0 Ses yoğunluğunu

ölçebilmek

için mikrofon I

1 m

Havada Soğrulma

Frekans kHz I0 gönderilen sesin yoğunluğu

I, 1m mesafedeki sesin yoğunluğu Frekans arttıkça sesin soğrulma oranıda artar.1m’lik mesafeden sonra 220 khz frekanslı bir ultrasonik darbenin yoğunluğu değerinin 10.000 de birine kadar düşer.

9.7

Belirlenmiş bir mesafe için minimum bir ultrasonik

frekans ve minimum bir tur zamanı gerekir. YANSIMA / İLETİM Ultrasonik sensör

Ultrasonik Darbe

Cisim Maksimum

Uzaklık (mm) 6000 4000 3000 2000 1500 600

Minimum Tur Zamanı (ms) 64 32 20 16 12 8

Ultrasonik Frekans (KHz) 65

85 130 180 220 300

Bir cismin algılanması onun yapıldığı malzemeye bağlı mıdır ?

-HAYIR

Tüm katı ve sıvı cisimler ultrasonik dalgayı cok iyi oranda yansıtırlar.Hem katı hemde sıvı cisimlerden ultrasonik

enerjinin %99u yansıtılır.Çok ufak oranlardaki enerji miktarı cisim tarafından emilir.

9.8

Ortam 1 Ortam 2 Z hava Z cisim

I T * I

R * I YANSIMA FAKTÖRÜ / İLETİM FAKTÖRÜ

YANSIMA FAKTÖRÜ R İLETİM FAKTÖRÜ T T+R = 1

Z =  * c

Z

hava

- Z

ortam2

Z

hava

+ Z

ortam2

R =

2 xZ

hava

Z

hava

+ Z

ortam2

T =

AKUSTİK EMPEDANS :

 ortam yoğunluğu c sesin ortamdaki hızı

Yansıma Faktörü Hava - Ortam

Ortam Empedans

kg/m²s

Yansıma Faktörü Hava -Ortam

Hava 424 0

Su 1,46 x10⁶ 0,9994

Ağaç 1,7...3,5 x10⁶ 0,9994 ...

0,998 Alüminyum 1,7 x10⁶ 0,9994

Demir 5,9 x10⁶ 0,9999

Seramik 1,8 x 10⁶ 0,9995

9.10

Soğuk Cisim

Sıcak Cisim

Cisim

Ufak cisim

Sn

10 cm 10 cm

1cm

1 cm

~0,5 Sn

SICAK HAVANIN ÖLÇÜME ETKİLERİ Hedefin Büyüklüğünün Ölçüme Etkileri

9.11

3 cm

Sn

~0,6 Sn

3 cm 3 cm

3 cm

Hedef Cismin Şeklinin Ölçüme Etkisi HAVADAKİ SES HIZI :Sıcaklığa ve bağıl neme, bağlıdır.

SICAKLIĞIN ETKİSİ Havadaki Ses Hızı

Sıcaklık T ºC

Doğru ölçüm için sıcaklık kompanze edilmelidir.

9.12

ULTRASONİK ÖLÇÜMÜN AVANTAJLARI

BAĞIL NEMİN ETKİSİ Havadaki Ses Hızı

Bağıl Nem % Bağıl nemin etkisi çok azdır. Doğru ölçüm için nemi kompanze etmeye gerek yoktur.

MALZEMEDEN BAĞIMSIZDIR.

Katı Malzemeler : Ağaç, Cam,Metal,Plastik, Mantar, Kağıt

İşlenmiş Malzemeler :Tekstil vb..

Hacimli Malzemeler :Tanelenmiş malzemeler, Şeker, Un

Tütün,Patates vb..

Sıvılar : Su, Yağ, Meyve Suları RENKTEN BAĞIMSIZDIR.

Siyah, Beyaz, Sarı, Transparan, Soluk, Parlak her ne renk olursa olsun

etklenmeksizin algılama yapar.

ORTAM IŞIĞINDAN BAĞIMSIZDIR.

Aluminyum

Gürültü Kesici Folyo(Altın)

Udc + Uac Hava

Uac

Gümüş kontaklar Hareket Piezo

METAL YÜZEYLİ TRANSDÜSERLER PİEOZO’DAN YAPILMIŞ TRANSDÜSERLER Avantajları: Geniş band, üretim kolaylığı

Dezavantajları: Kırılgan mekanik yapı Avantajları : Dar bant genişliği, yüksek hassasiyet;

Dezavantajları: Kuplaj yüzeye ihtiyaç vardır.

– Silikon yüzey – Epoksi yüzey

9.14

Piezo

Kuplaj Yüzey

Hava



Kuplaj Yüzey

Kuplaj yüzey hava ve piezo materyallerinin empedanslarını eşlemek için gereklidir. Aynı zamanda düşük yoğunlukla  birlikte düşük ses hızında olmalıdır.

Değişik materyaller kullanılmıştır: Silikon ya da Cam kabarcıklarıyla doldurulmuş Epoksi

Sinyal Açısı Ultrasonik sensör

Transdüser Ekseni

Ultrasonik enerji transdüser ekseni boyunca koni şeklinde gönderilir. Bunun yanı sıra eksenin açısına bağlı olarak yoğunluk gitgide düşer. Ultrasonik dalganın sinyal açısı ‘’koni açısı’’ olarak tanımlanır, koni açısının tanımlandığı bölge yoğunluğun %33 oranında düştüğü yerdir.

9.15

Sinyal Açısı :

Hedef cisim transdüserin yayılma eksenine dik olarak duruyorsa algılanabilir. Cisim sinyal açısının yarısı kadar döndürüldüğünde algılanmaya devam eder.Bundan daha büyük açılarda ultrasonik darbe transdüsere geri yansımayacaktır.

Sinyal Açısı :

Ultrasonik dalganın yayılma eksenine 45° açıyla duran cisim dalgayı 90° yansıtarak farklı bir doğrultuya gönderir.

9.16

ÖLÇÜMDEKİ YANILMALAR ( DISTURBANCE ) Tanım

 Yanlış veya kaybolmuş ekolar ölçümde yanılmalara yol açar.

Yanılmaların Yeri

 Yanlış ekodan kaynaklanan yanılmalar her zaman transdüser ile hedef cisim arasında olur.

Yanılmanın Nedenleri (1) Havadan kaynaklanan nedenler :

 Hareketi

 Rüzgar

Transdüserden kaynaklana nedenler :

 Hasarlı olması

 Kaplaması (materyalindeki dökülme)

 Islaklık (Su teması) Elektrikten kaynaklanan nedenler : Frekanstaki değişiklikler

Kaynaktaki büyük yanlışlar Video ekranları

Radyo istasyonları (sensördeki hassasiyet

Yanılmanın Nedenleri (2) : Ses akustiğinden kaynaklananlar :

 Yüksek frekanslar (alüminyum yapının kıvrımları, sıkıştırılmış havanın sızmasından)

 Gövdeden çıkan sesler, bağlanmamış delikler

 Hedef cisimlerin yapılarından doğan parazitlenmeler

Uygulamadan kaynaklananlar :

 Farklı alanlarda bulunan havalar

 Yoğunluktaki değişiklik (yakıt, solvent, karbon asit gazları)

 Isı

 Yanlış ekolar

 Tanklardaki duble ekolar

 Karşılıklı parazitlenme ( Interference )

 Hareketi hızlı hedefler

Ultrasonik Sensörleri aşağıdaki tür uygulamalarda asla kullanmayınız:

Yaşam destek aygıtları veya üniteleri Emniyet amaçlı uygulamalarda Patlayıcı ortamlarda Normal fiziksel koşullarda 20 °C’de sesin

havadaki hızı 341 m/s’dir.

Ultrasonik sensörlerde 90 kHz’de hesaplanmış çözünürlük  3,6 mm’dir. 180 kHz ultrasonik frekans baz alındığında çözünürlük  1,8 mm’dir. Su, vakum ya da yüksek basınç altında çalışmaz.Patlama tehlikesi olan alanlarda kullanılamaz.

Sıcak objeler

›

+50 °C veya soğuk objelerde

‹

-10 °C mutlak koşullar altında algılama yapmaz.( Hava türbülansı, seste yansıma veya boşlukta )

İletilen Dalga

Güçlü hava akışı

›

20 m/s algılamada güvenilirliği azaltır.

Transdüser yüzeyindeki buz oluşumu algılamayı önler.Algılama yüzeyine ince bir tabaka halinde silikon pres uygulanabilir. Çok küçük objeler ya da az yansıtıcılı (sesi soğuran) objeler limit bölgeye kadar algılanamayabilir.Sesi soğuran materyaller ;kauçuk köpükler, salaş-gevşek dokunmuş pamuklular, keçe, kaygan kum.

Akıcı objeleri sağlıklı algılamak için sensör 15 °C’ lik bir açıyla yerleştirilmeli, cilasız ve mat objeler içinse 60 °C’ lik bir açıyla monte edilmelidir.

Yansıtılan Dalga

9.18

KULLANIM ALANLARI

 Hareket halindeki ürünlerin ve makine parçalarının mesafe ölçümü

 Her türlü materyalden yapılmış (cam dahil) hareketli objelerin algılanması

 Var/Yok Kontrolü

 Çeşitli şekillerdeki objelerin sayılması

 Kutulardaki eksiklik var yok kontrolü (karton kutudaki şişeler),

 Depolardaki yüklerin,tank veya silolardaki sıvı seviyelerinin ölçümünde,

 Sargıdaki kağıtların veya tekstil ürünlerinin düzgün sarılma yapılıp yapılmadığının kontrolü

 Konveyör bandındaki paketlenmiş ürünlerin profil yüksekliklerine göre sınıflandırılması ve son kontrolleri

 Yükün veya izdüşümünün yüksekliğini ölçerek yükleme-istifleme makinelerinin pozisyonunu algılamada,

 Sürücüsüz hareket eden taşıma araçlarının birbirlerine çarpmalarını engellemede,



Yüksek çözünürlük



Uzun algılama mesafesi



IP 67

9.20 UYGULAMALAR

Karşılıklı çalışan

LEUZE ELECTRONIC ULTRASONİK ŞEFFAF ETİKET SENSÖRLERİ

Ultrasonik çalışma prensibi ile standart kağıt etiketlerin

yanı sıra şeffaf etiketlerde ve hatta metal kaplı etiketlerde bile sorunsuz olarak çalışan GSU serisi şimdi 75 x 38x 15 mm’lik kompakt boyutlarıyla her türlü etiket algılama işleminde oldukça uygun bir çözümdür.

GSU 06 ve GSU 14 ile algılanabilecek etiket tipleri;

- Film zemin üzerinde film etiketler - Kağıt zemin üzerinde film etiketler - Kağıt zemin üzerinde kağıt etiketler - Metal kaplı film etiketler

- Metal filmler Kullanım alanları;

İlaç endüstrisi Gıda endüstrisi Genel ambalajlama İçecekler- Şişeler

Fıçılar Kimyasallar- Boya / Cila

Temizlik ürünleri Elektrik endüstrisi

Özellikler:

Ağız genişliği: 2,5 mm Ağız derinliği: 45 mm Etiket uzunluğu: min. 2 mm Etiket boşluğu: min. 2 mm Band hızı: min. 2 m/s (120 m/dk) Besleme gerilimi: 10…30 V DC Çıkış: PNP/NPN, NO/NC Çıkış akımı: 200 mA

9.22

Çoklu Etiket İzleme Kontrol Sistemi VSU 15

• Aynı anda 10 adete kadar etiket algılanabilir

• Malzemeyi otomatik tanımlar

• Ultrasonik M12 gövdeli dönüştürücülerle algılama

• Etiketler arası boşluk  2mm

• Etiket boyu  2mm

• Akış hızı  2m/s