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

Transkript

1 ULTRASONİK SENSÖRLER : SES DALGALARININ ÖZELLİKLERİ Basınç ; Hava Parçaçıklarının Hızı Mesafe Basınç:P Ağız Basınç : P Kulak Mesafe 9.1

2 Ses yüksekliğinde belirleyici olan etken Frekans tır.ses yüksekse, frekansta yüksektir. SES DALGALARININ SÜPERPOZİSYONU Dalga 1 + Dalga2 Basınç SINIFLANDIRMA : İnfra sonik Audio aralığı Ultra sonik Hyper sonik Dalga 1 + Dalga2 Basınç 20 Hz ve altı ~ 20 Hz khz 20 khz... ~ 1 GHz 1 GHz ve üzeri Dalga1+ Dalga2 Mesafe Dalga1+ Dalga2 Mesafe 9.2

3 SES DALGALARININ SÜPERPOZİSYONU Girintili ve Çıkıntılı yüzeye sahip cisimlerin algılanmasında dikkat edilmelidir. Sesin Gidiş - Geliş Zamanının Ölçümü 9.3

4 ÖLÇÜM PRENSİBİ Cisim Ultrasonik Darbe Transdüser Zaman Transdüser ultrasonik darbeyi iletir.darbe sehimden yansır ve transdüser tarafından alınır.darbenin gidiş geliş zamanı sensörle sehimin mesafesine göre orantılıdır. 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

5 ÖLÇÜM PRENSİBİ Cisim Mesafe Transdüser Ölü alan 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. 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

6 ÖLÇÜM PRENSİBİ Tur Zamanı T=0 zamanında darbe iletilir, cisimden yansır, transdüser tarafından algılanır ve tekrar gönderilir.sonraki darbe T TUR 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

7 SESİN SOĞRULMASI Ses vericisi I 0 ölçebilmek Ses yoğunluğunu için mikrofon I Havada Soğrulma 1 m Frekans khz I 0 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 de birine kadar düşer. 9.7

8 Belirlenmiş bir mesafe için minimum bir ultrasonik frekans ve minimum bir tur zamanı gerekir. Maksimum Ultrasonik Uzaklık (mm) Frekans (KHz) Minimum Tur Zamanı (ms) YANSIMA / İLETİM Ultrasonik sensör Ultrasonik Darbe Cisim 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

9 YANSIMA FAKTÖRÜ / İLETİM FAKTÖRÜ Ortam 1 Ortam 2 Z hava Z cisim I T * I R * I YANSIMA FAKTÖRÜ İLETİM FAKTÖRÜ T+R = 1 R T 9.9

10 AKUSTİK EMPEDANS : Z = * c c R = ortam yoğunluğu sesin ortamdaki hızı T = Z hava - Z ortam2 Z hava + Z ortam2 2 xz hava Z hava + Z ortam2 Yansıma Faktörü Hava - Ortam Ortam Empedans kg/m²s Hava Yansıma Faktörü Hava -Ortam Su 1,46 x10 6 0,9994 Ağaç 1,7...3,5 x10 6 0, ,998 Alüminyum 1,7 x10 6 0,9994 Demir 5,9 x10 6 0,9999 Seramik 1,8 x ,

11 SICAK HAVANIN ÖLÇÜME ETKİLERİ Soğuk Cisim Hedefin Büyüklüğünün Ölçüme Etkileri Cisim 10 cm 10 cm Sıcak Cisim Sn Ufak cisim 1cm 1 cm ~0,5 Sn 9.11

12 Hedef Cismin Şeklinin Ölçüme Etkisi 3 cm 3 cm HAVADAKİ SES HIZI :Sıcaklığa ve bağıl neme, bağlıdır. SICAKLIĞIN ETKİSİ Havadaki Ses Hızı Sn 3 cm 3 cm ~0,6 Sn Sıcaklık T ºC Doğru ölçüm için sıcaklık kompanze edilmelidir. 9.12

13 ULTRASONİK ÖLÇÜMÜN AVANTAJLARI 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 BAĞIL NEMİN ETKİSİ Havadaki Ses Hızı RENKTEN BAĞIMSIZDIR. Siyah, Beyaz, Sarı, Transparan, Soluk, Parlak her ne renk olursa olsun etklenmeksizin algılama yapar. Bağıl Nem % Bağıl nemin etkisi çok azdır. Doğru ölçüm için nemi kompanze etmeye gerek yoktur. ORTAM IŞIĞINDAN BAĞIMSIZDIR. Parlak, çok parlak, koyu da olsa fark etmeksizin algılama yapılabilir. 9.13

14 Hava METAL YÜZEYLİ TRANSDÜSERLER Avantajları: Geniş band, üretim kolaylığı Dezavantajları: Kırılgan mekanik yapı Gürültü Kesici Folyo(Altın) PİEOZO DAN YAPILMIŞ TRANSDÜSERLER Avantajları : Dar bant genişliği, yüksek hassasiyet; Dezavantajları: Kuplaj yüzeye ihtiyaç vardır. Silikon yüzey Epoksi yüzey Aluminyum Udc + Uac Hareket Piezo Uac Gümüş kontaklar 9.14

15 Kuplaj Yüzey Piezo Kuplaj Yüzey Hava Sinyal Açısı Ultrasonik sensör 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 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

16 Sinyal Açısı : 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. Ultrasonik dalganın yayılma eksenine 45 açıyla duran cisim dalgayı 90 yansıtarak farklı bir doğrultuya gönderir. 9.16

17 ÖLÇÜMDEKİ YANILMALAR ( DISTURBANCE ) Tanım Yanılmaların Yeri Yanlış veya kaybolmuş ekolar ölçümde yanılmalara yol açar. 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 düşürülerek önlenebilir) 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 9.17

18 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 ) 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. İletilen Dalga Yansıtılan Dalga 9.18

19 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

20 UYGULAMALAR Karşılıklı çalışan 9.20

21 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: V DC Çıkış: PNP/NPN, NO/NC Çıkış akımı: 200 ma 9.21

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 9.22