Ultrasonik Sensör Nasıl Çalışır?

Otomasyon

Ultrasonik sensör nedir? nasıl çalışır? menzil ve frekans?

Ultrasonik sensörler, mesafe ölçümlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu sensörlerin nasıl çalıştığını, menzil – frekans ilişkisini ve kurulumlarında yapılması gereken kontrolleri aşağıda bulabilirsiniz.

İngilizce ‘ultra’ ve ‘sonic’ kelimelerinin birleşimi olan ultrasonik kelimesi ‘daha yüksek ses’ anlamına gelmektedir. Bu ultrasonik ses dalgaları, insan kulağının duyamayacağı 20 kHz – 500 kHz frekans bandına sahiptir. Ultrasonik ses dalgalarını kullanan sensörler ile nesnelerle herhangi bir temas halinde olmadan mesafe ölçümleri yapılabilmektedir. Ultrasonik sensörler, klasik hareket problemlerinde olduğu gibi X = V * t (yol = hız * zaman) eşitliğine göre çalışır. Ultrasonik ses dalgalarının belirli atmosferik koşullardaki hızının biliniyor olmasından faydalanarak ses dalgasının gidip gelme süresinin yarısıyla hızının çarpımı mesafe bilgisi elde edilir. Asıl sorun ise farklı frekanslarda sensörün ölçebileceği menzilin değişmesidir.

Ultrasonik Sensörlerde Zayıflama

Yüksek frekanslı sensörlerin ölçüm aralığı, düşük frekanslardakine göre daha küçüktür. Bu farklılığa neden olan etken ise hareket problemlerindeki sürtünme kuvvetiyle bağdaştırabileceğimiz sinyal zayıflamasıdır. Ses, ortamda hareket ederken içinde bulunduğu ortamdaki bozucu etkiler sesin hızında zayıflamaya neden olur.

Frekansa bağlı zayıflama modellemesi;

0.022 * f – 0,61 dB /ft ‘dir.

Örneğin; 100 kHz’lik bir ses dalgası için zayıflama 1,6 dB/ft’tir. Aynı şekilde 200 kHz’lik ses dalgası için zayıflamayı hesaplayacak olursak 3,8 db/ft’tir. 100 kHz ve 200 kHz için 2 katlık bir oran gözlemlemeyi beklerken, bu oran daha büyük olmaktadır. Bu logaritmik değişim, ses dalgasında frekans arttıkça keskin bir düşüşe neden olur.

Tabi bu hesaplamanın kaba taslak bir hesaplama olduğu ve her sensörün özdeş olmadığı göz ardı edilmemelidir. Sensör seçiminde frekansın yanı sıra sensörün hassasiyeti ve yapılandırma seçeneklerine de dikkat etmek gerekmektedir.

Ultrasonik Sensör Seçiminde ve Kurulumunda Dikkat Edilmesi Gerekenler

Prosesin düzgün işleyebilmesi için sensörün seçimi, kurulumu ve ortam düzenlemesinin doğru yapılmış olması gerekmektedir. Bu kriterleri şu şekilde özetleyebiliriz;

► Uygun Algılama Aralığının Seçimi;

Sensör seçiminde uygun algılama aralığı dikkate alınmalıdır. Bunun için algılama mesafesi, boşluk mesafesi ve yüzeyin türü göz önünde bulundurulmalıdır. Algılama mesafesi seçiminde %25’lik bir ekstra mesafeyi hesaba katmak gerekmektedir. Örneğin; 20 ft’lik bir su tankı için 25 ft’lik ultrasonik sensör seçilmelidir. Boşluk mesafesi ise körleme mesafesidir. Ayrıca sensör seçiminde hedef zeminin sertlik ve yumuşaklığı dikkate alınmalıdır.

► Doğru Güç Kaynağı Kullanımı;

Sensörün doğru çalışabilmesi için elektriksel gürültüden mümkün olduğunca arındırılmış olması gerekmektedir. Bu yüzden kaliteli güç kaynağının seçilmiş olması temiz çalışma için kritik önem taşımaktadır.

► Sensör Montaj Yerinin Seçimi;

Ölçümlerde sensörün hata payını minimuma indirgemek için montaj yeri seçimi doğru yapılmalıdır. Sensör ile hedef yüzey arasında mümkün olduğunca az engel bulunmalıdır. Ayrıca sensör ile hedef yüzey arasındaki açı 90 derece seçilmelidir. Sensör açık alanda kullanılacak ise motajının yapıldığı yer güneş ışını almamalıdır. Çünkü gelen ışınlarıyla sensör ısınır ve zarar görür.