Einführung

Mit Ultraschallsensoren mißt man Entfernungen und sichert Räume ab, Füllstände von Flüssigkeiten werden online überwacht und man detektiert die Lage von Gegenständen im Raum.

Herkömmliche Ultraschallsensoren arbeiten im Resonanzbetrieb, d.h. der Koppelkörper zur Impedanzanpassung schwingt in der Resonanz seines Durchmessers. Dadurch ergibt sich ein fester Zusammenhang zwischen Frequenz, Durchmesser (=Baugröße) und Abstrahlcharakteristik sowie auch für den Totbereich des Sensors aufgrund seiner Ausschwingcharakteristik.

Als Modular-Transducer-Prinzip bezeichnet marco die Methode, den Koppelkörper aktiv gesteuert mittels Piezoscheiben anzutreiben. Dieses von marco patentierte Prinzip (Patent DE 195 12 417 A 1) erlaubt minimale Bauformen bei hoher Echoamplitude und ermöglicht die freie Gestaltung des Schallfeldes (auch fächerförmig!) sowie ein bislang unerreichter minimaler Totbereich.

Die Herstellung dieser Wandler ist in der Regel kostengünstiger als bei herkömmlichen Resonanzschwingern und die geometrische Anpassbarkeit erlaubt viele neue Anwendungen.

marco hat aus den Wandlern sowie aus einem Elektronik-Ansteuerkonzept eine komplett neue Produktfamilie geschaffen - den "Modular Sensor".

Ultraschallwandler im M8-Gehäuse

Gehäuse: Gewindehülse M8 x 1; 14 mm lang, davon 3 mm vorne für eine Montage mit O-Ring abgedreht

Nennfrequenz: 420 kHz

Bandbreite (bezogen auf -6 dB): ±30 kHz

Öffnungswinkel (bezogen auf -6 dB): ±12 °

Erfassungsbereich: 20-80 mm bei Sende+Empfangsbetrieb, 5-100 mm bei Betrieb von 2 Wandler als Sender und Empfänger

Einsatztemperatur: -20 bis +75 °C

Anwendungsbeispiele:

• Füllstandsmessung in Reagenzgläsern
• Abstandsmessung auf kürzeste Entfernungen und kleinsten Einbauraum

  Ultraschall zur Durchflussmessung

  Messung von Strömungsgeschwindigkeiten

  
  

  
  Anordung von 2 Sensoren zur Durchflussmessung, hier an einem Plexiglasrohr - die zum Teil komplexe Auswertung der Signale erfolgt in einem digitalen Signalprozessor, der mit der Ansteuerelektronik kombiniert ist.

  Fächerförmiger Ultraschall

  
  

  
  Die Verwendung des "Modular-Transducer-Prinzips erlaubt die Formung der Schallkeule - in diesem Fall einen in horizontaler und vertikaler Richtung unterschiedlichen Öffnungswinkel. Der Wandler sendet und empfängt als "strahlende Linie".

  Abmessung: 8 x 32 x 20 mm

  Nennfrequenz: 50 kHz

  Echoamplitude: 500 mV_pp bei Ansteuerung = 180 V_pp, Reflektor 100 x 100 mm², Abstand 1 m

  Realisierbare Reichweite: bis zu 7 m

  Bandbreite (bezogen auf -3 dB): 3 kHz

  Öffnungswinkel (bezogen auf -3 dB) vertikal: ±5 °

  Öffnungswinkel (bezogen auf -3 dB) horizontal: ±20 °

  Totbereich: ca. 25 cm

  Einsatztemperatur: -20 bis +75 °C

  
  

  
  
  vertikale und horizontale Richtcharakteristik

  Anwendungsbeispiele:

• Absicherung von Flurförderfahrzeugen
• Rückfahrsensoren (Triangulation zwischen Sensoren)
• Arbeitsschutz: Absicherung von Zugriffsräume zu Maschinen
• Überwachung von Fließ- und Förderbändern

  Ultraschall in Flüssigkeiten

  Ultraschall in Luft und Flüssigkeiten unterscheidet sich durch die unterschiedliche Impedanzanpassung an das jeweilige Medium sowie in dem verwendeten Frequenzbereich aufgrund der Transmissionseigenschaften des zu durchschallenden Mediums.

  
  

  
  Der Ultraschallwandler mit integrierter Referenzmessung im Gehäuse - Temperaturschwankungen in der Flüssigkeit haben daher keinen Einfluß auf das Meßsignal.

  Meßbereich (gerechnet ab Referenzfläche): 10-5000 mm (bis zu 10000 bei sehr homogenem Medium)

  Medium: 1-komponentiges Hydraulikmedium

  Druck (statisch): bis 1000 bar

  Druck (dynamisch): bis 350 bar innerhalb 10 msec

  Temperatur des Mediums: -45 bis +95 °C, nicht sulzend

  Genauigkeit: 1%, bei homogenem Medium 0.5%

  Frequenz: 480 kHz Ultraschall; keine niederfrequenten Anteile

Kontakt

Piezo-Grundlagen

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marco Systemanalyse und Entwicklung GmbH Hans-Böckler-Str. 2 . D-85221 Dachau Tel (+49) [0] 8131 5161 0 . Fax (+49) [0] 8131 5161 66

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