超声波技术的通用性几乎没有限制，适用于木质的、金属的或塑料的，彩色的、反光的或透明的，固体的、液体的或粉末的材料。该技术对材质、表面类型和色彩的不敏感性，赋予其应用范围广泛的特性。即使在其他技术快速达到其应用限制的恶劣环境时，这一特性依然不变。
在通用性和可靠性要求高的工业应用中，超声波传感器被用于物体检测和距离测量。不同尺寸和外形的超声波传感器都具有以下优势：小盲区，高达 10m 的长测量范围，以及可调节的声锥。
一、工作原理
超声波传感器既可进行无接触式物体检测，又可测量物体与传感器的距离。传感器发送高频声波脉冲来进行测量。脉冲以近似锥形在空气中传播，在碰触到物体表面后即被反射。传感器根据时间飞逝的原理进行工作。这样就实现了物体检测和与目标物距离的测量。
1、物理基础
频率在 16kHz 以上、人类无法听到且对人体无害的声波被称为超声波。超声波可以在不同的材质中传播：固体物体（材料控制）、人体和动物组织（医学超声检查）、液体（船上回声探测）和周围的空气。根据传感器类型的不同，传播距离可能小至几十毫米，或远到几米。但声波在真空中是无法传播的。由于传播特性和声速在不同的材质中会发生不同的变化，因此必须对传感器进行有针对性的调整以适应不同的介质。
2、压电式换能器
产生超声波需要用到压电式换能器，即所谓的压电陶瓷。超声波碰触到物体后，会被反射（回波）并被压电陶瓷再次转换为电信号。传感器对发射的超声波脉冲与接收到的回波之间的时间间隔进行测量，然后根据声速来确定传感器与物体的距离。因此这个过程也被称为时间飞逝原理。超声波换能器的工作频率从 40 到 850kHz 不等。
二、工作方式
使用时间飞逝原理来确定与物体的距离可以通过不同的方式进行评估和展示。此外，回波能量的强度也可用于评估。
通常超声波传感器有四种不同的工作模式。
1、漫反射型传感器 — 一体式检测和测量
这种类型传感器的发射器和接收器位于同一外壳中。该设计简化了安装，非常适合容器罐的料位检测。所填充的物料的表面会反射换能器发出的声波，传感器记录并持续测量料位高度。
反射板型传感器 — 借助反射板实现传感器功能。
反射板型传感器使用背景作为反射器（例如传送带，机器部件或地板）来实现其功能，而非被测物本身。位于传感器和参照物之间的各种物体，无论小的还是大的、倾斜的还是吸声的，都能够被检测到。同样，一体外壳的设计让安装、接线和调试变得简单。
2、对射型传感器 — 长距离检测，高开关频率
对射型传感器使用单独的发射器和接收器进行工作。物体比如瓶子阻断声波时，传感器的开关量输出就会被激活。因此即使是吸声物体也可被检测到。相对于漫反射型传感器，对射型传感器的又一个优势是加倍的检测范围。另外，对射型传感器的开关频率相当快，为诸多高响应速度应用场景铺平了道路。
3、双张材料传感器 — 可靠安全的物体检测
除了前面的超声波传感器之外，还有双张材料传感器：它们不测量传输时间，而是评估由各个被测物体（例如纸张）引起的振幅衰减。
三、超声波传感器类型
1、方型传感器 — 独特设计，适用于大部分应用
产品丰富的方型传感器是大部分测量任务的理想解决方案。产品采用特殊设计，并具有盲区小、检测范围广和坚固耐用的特性，在应用中能为客户提供灵活性。F77 系列超声传感器具有丰富的功能和设置选项，例如 IO-Link、声锥宽度、同步功能、小盲区，以及长达 800mm 的大检测范围。F12 系列反射板型超声波传感器特别适合小型进料装置上的测量，例如装瓶机或振动的输送机，其独立的传感器同步功能可以确保高检测可靠性。L2 系列超声波传感器具有大范围声锥和可旋转的换能器，提供特殊的安装选项。它具有 IP67 防护等级，非常适合在严苛的环境中使用。根据不同的用途，还有许多其他的方型超声波传感器可选。
2、圆柱型传感器 — 具备高灵活性，应用范围广
得益于其标准化的设计，圆柱型超声波传感器 M12、M18 和 M30 都可以轻松集成到各种机器环境中。直接出波或侧面出波的传感器以及短小的设计扩展了应用范围。此外，该产品系列还是针对卫生领域和腐蚀性化学品的特定应用解决方案，为理想的应用解决方案（标准化和特殊性的）提供灵活性。
3、耐化学腐蚀型超声波传感器
UBC 系列和 UCC 系列超声波传感器的材质具有更强的耐受性，即使在极端的工作条件下也可实现高可用性。由于具有高防护等级，暴露于化学环境和大气中的所有表面均被隔绝密封，可以防止侵蚀性化学物质（例如酸或碱溶液）的渗入。
4、卫生级传感器 — 用于产品接触区
根据 FDA，ECOLAB 和 EHEDG 标准，卫生级传感器使用不锈钢和食品级材质，并采用隔绝密封和卫生设计。换能器和所有其他外壳部件都采用激光焊接和隔绝密封，防止蒸汽或液体渗入。无间隙设计确保清洁剂完全流掉且无细菌滋生。在货品和药品的填充和包装过程中，确保高水平的产品品质和过程可靠性，由于使用高耐受性材料，此类传感器是用于化学和过程工程的理想产品。
5、双张材料传感器 — 安全的过程操作，较高的工厂利用率
诸如纸张、纸板、片材、箔或标签等材料的多层进料会导致机器停机、供料中断和浪费。双张材料传感器可防止进料不良，确保安全的进料过程和较高的材料利用率。该技术可用于双张或标签进料和粘合点控制。
四、超声波传感器应用
1、可单独调节声锥，确保无故障表现
超声波传感器可以检测声锥范围内的物体。在包装行业应用中，可以设置不同的声锥宽度，以确定卷筒直径并检测卷筒纸的断裂。
2、不同的同步方式，无碍功能使用
移动式液压升降机通过多个安装在一起的超声波传感器进行监控。为了防止传感器之间相互影响，根据应用采用两种不同类型的同步方式。
3、卫生设计：制药和食品行业的理想选择
对于制药和食品这类特殊监管的行业，倍加福提供认证的解决方案。
4、通用的工作原理，轻松满足各种环境要求
即使在恶劣的环境条件下，超声波传感器也十分可靠。当用于碎石厂、筒仓、检测障碍系统或移动车辆等室外环境时，超声波传感器非常具有优势。
5、坚固耐用的传感器解决方案，适用于户外应用
坚固耐用的传感器解决方案专为户外应用而设计。用在农用车的田间喷雾机喷杆上的传感器，可测量有关高度控制的重要信息。
6、材质多样，实现过程可靠
超声波传感器对材质、表面纹理和颜色都具有不敏感性，非常适合透明膜、彩色纸和光泽标签等材料的包装行业应用。超声波传感器可对材料下垂度进行可靠的检测，从而确保持续的供料。
7、双张控制，实现过程的持续性
诸如纸、纸板、片材、箔和标签之类材料的多层进料可能会造成机器停机、供料中断和浪费。双张控制传感器可防止进料不良，保证安全的过程和较高的材料利用率。
五、特性和优势
凭借其全面的功能和独特的外壳设计，超声波传感器是众多工业应用的通用解决方案。现有产品可检测高达10米远的物体，并确定目标物的距离，且具有小盲区。可调的声锥宽度和同步功能确保了产品性能不受影响。坚固耐用型传感器，即使在恶劣的环境中依然能够提供可靠的测量结果，是户外、潮湿环境和卫生领域应用的理想选择。为确保高精度测量，超声波传感器还集成了温度补偿功能。产品的示教功能和 IO-Link 接口实现了快速便捷的调试。通过 IO-Link 可以对有价值的诊断数据进行不断地检索和监测。
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