Qu'est-ce qu' un détecteur à ultrasons ?

Un détecteur à ultrasons est un appareil qui utilise des ondes ultrasonores pour détecter des objets ou mesurer des distances. Dans la technique d' automatisation industrielle, les détecteurs à ultrasons sont utilisés en particulier pour un contrôle précis dans des process de production.

Comment fonctionne un détecteur à ultrasons ?

Les détecteurs à ultrasons mesurent de manière fiable et sans contact les distances dans une plage de mesure définie, indépendamment des caractéristiques de l' objet et des conditions ambiantes, par exemple la présence de la poussière. Pour ce faire, un détecteur à ultrasons émet des ondes à ultrasons à haute fréquence et mesure le temps qu' il les tardent pour être réfléchies par l' objet et retourner au détecteur (principe time-of-flight). Le temps mesuré sert pour calculer la distance entre le détecteur et l' objet à l' aide de la vitesse de propagation du son. De cette manière, les détecteurs à ultrasons détectent la présence et la position d'un objet avec haute précision.

Ici vous trouverez nos détecteurs à ultrasons pour la détection d' objets ainsi que tous les capteurs de distance à ultrasons et les capteurs de niveau à ultrasons.


Plage de mesure des détecteurs à ultrasons

La plage de mesure des détecteurs à ultrasons varie en fonction du principe de détection, du modèle et des facteurs ambiants: typiquement la portée varie de quelques centimètres à plusieurs mètres. La fréquence et l' amplitude des ondes à ultrasons ainsi que la puissance de l' émetteur et la sensibilité du récepteur sont des facteurs clé de la plage de mesure.
Mesure de la distance

La mesure de la distance se fait par détecter et calculer le temps écoulé entre l' émission et la réception des ondes à ultrasons. Pour calculer la distance on utilise la formule mathématique suivante :

Distance L = (T x C)/2

L est la distance, T le temps écoulé entre l' émission et la réception des ondes à ultrasons, C est la vitesse de propagation du son. Pour obtenir la distance vers l' objet, il faut diviser le résultat calculé par 2, car T est le temps total des ondes (aller et retour).

Mesure de la distance des detecteurs a ultrasons

Principes de détection et structure des détecteurs à ultrasons

La plupart des détecteurs à ultrasons reposent sur le principe de la mesure du parcours du son entre l’émission et la réception (détecteurs de proximité). Dans le cas du principe des barrières sera déterminée la distance du détecteur au réflecteur (barrière réflex) ou à un objet (barrière simple) dans la plage de mesure.

Autres exemples d' application

Détecteurs à ultrasons

Principe

Dans les détecteurs de proximité à ultrasons, on utilise un convertisseur spécial qui permet au choix d'émettre ou de recevoir les ondes sonores. Le convertisseur émet un certain nombre d'ondes, qui sont réfléchies par l'objet à détecter. Dès la fin de cette émission, le convertisseur est commuté sur la réception. Le temps qui s'écoule jusqu'au retour d'un éventuel écho est proportionnel à la distance entre le détecteur de proximité et l'objet.

Les détecteurs de proximité à ultrasons intègrent l' émetteur et le récepteur dans le même boîtier.
Sortie digitale

La détection d'un objet est possible uniquement dans la zone de détection. La distance de détection peut être réglée en continu par l'utilisateur. Si un objet est détecté dans cette zone, l'état de sortie du détecteur va commuter. Une diode lumineuse (LED) indique l'état de sortie.

Détection d'objets

Les ondes sonores sont bien réfléchies par les différentes surfaces. Les objets à détecter peuvent être solides, liquides, granuleux ou poudreux. Les objets transparents ainsi que les objets difficilement détectables par voie optique sont reconnus de façon fiable par les détecteurs à ultrasons.

Objet standard

Toutes les indications se réfèrent à un objet de forme carrée et plate présentant les longueurs d’arêtes suivantes:

L’objet standard se trouve en position verticale par rapport à l’axe de référence du détecteur. 

Dimension

Pour garantir une détection fiable d’un objet, le signal réfléchi par l’objet doit être suffisamment important. L’intensité de ce signal est également fonction de la dimension de l’objet. En présence d’un objet standard défini, la portée de détection Sd peut être utilisée complètement.

Surface

Les objets et les milieux absorbant le son, présentant une surface rugueuse ou poreuse, réfléchissent le son de façon diffuse, entraînant une réduction de la portée de détection des détecteurs à ultrasons. La portée de détection Sd peut être pleinement utilisée si la rugosité maximale de la surface de l’objet ne dépasse pas 0,2 mm.

Objets typiques absorbant les sons:
 
Faisceaux sonores – domaines typiques de commutation

Les domaines de commutation mettent également en évidence l’influence des zones secondaires qui ont pour effet d’augmenter l’angle d’ouverture à proximité immédiate des détecteurs. A cause des phénomènes d’absorption et de diffusion des sons dans l’air, les faisceaux sonores diminuent avec les grandes distances. La dimension, la forme, la structure de la surface ainsi que le sens de progression de l’objet ont une grande influence dans le domaine de détection latérale du détecteur. Les domaines de commutation sont caractéristiques pour une famille complète de détecteurs. Ainsi, par exemple, le profil 100 - 1000 mm est valable pour tous les types présentant ce domaine de détection, aussi bien analogique que numérique.

Le lobe sonique typique d'un détecteur à ultrasons avec une distance de mesure allant jusqu'à 1000 mm.
Mode de mesure
Comment déterminer le lobe sonique d'un détecteur à ultrasons ?

Pour déterminer les domaines typiques de commutation des faisceaux sonores, on utilise des objets standards en acier de forme carrée présentant les longueurs d’arêtes suivantes :

Les objets sont disposés perpendiculairement par rapport à l’axe de référence et déplacés latéralement à l’intérieur de la zone de détection. En reliant ensuite les différents points de commutation ainsi mesurés, on obtient les zones typiques de commutation. La forme du faisceau sonore change lors de l’utilisation d’objets ronds ou présentant une géométrie divergente. 


Barrières réflex à ultrasons

Principe

La barrière réflex fonctionne selon le même principe que le détecteur de proximité à ultrasons. L'écart entre le détecteur et le réflecteur ou un objet se situant à la portée de détection est déterminé par la mesure du temps de propagation. Tout objet stationnaire réfléchissant le son peut être utilisé comme réflecteur. La portée de détection Sd (distance entre le détecteur et le réflecteur) peut être adaptée aux exigences individuelles à l'aide du potentiomètre intégré. Tant que le temps de propagation du signal à ultrasons correspond à la distance entre le détecteur et le réflecteur, l'appareil reste en veille. Dès qu'un objet se trouve à la portée de détection, ce temps de propagation change et le détecteur est activé. Ce dispositif permet également la détection d'objets absorbant ou déviant le son.

Barrière réflex à ultrasons avec réflecteur qui réfléchit le signal ultrasonique.
Détection d’objets
Objet standard/réflecteur

Toutes les indications se réfèrent à un objet carré et plat d'une longueur d'arête de 30 mm (Sde > 1000 mm: longueur d'arête 100 mm, Sde ≥ 2500 mm: longueur d'arête 300 mm) disposé perpendiculairement par rapport à l'axe de référence du détecteur. Le réflecteur doit être d'un matériau réfléchissant bien le son et ayant au moins les mêmes dimensions géométriques.

Avantages
Avantages des barrières réflex à ultrasons.

Barrières simples à ultrasons

Principe

L'émetteur et le récepteur de la barrière simple à ultrasons sont placés dans deux boîtiers séparés. L'émetteur envoi en continu des ondes au récepteur. Si un objet brise ce faisceau d'ondes, l'étage de sortie du récepteur commute. A l'aide du potentiomètre intégré au récepteur, l'utilisateur peut adapter l'intensité nécessaire du signal d'entrée aux objets à détecter. L'état de sortie et l'intensité du signal reçu sont indiqués par une diode lumineuse (LED).

Les barrières simples à ultrasons intègrent l' émetteur et le récepteur dans des boîtiers individuels.
Angle d'ouverture α

L'angle α définit la propagation dans l'espace du champ acoustique conique envoyé par l'émetteur de la barrière à ultrasons.

Reproductibilité

Grâce au faible angle d'ouverture du faisceau sonore de l'émetteur, la reproductibilité du point de commutation S1, pour deux objets qui se suivent dans les mêmes conditions, est inférieure à 3 mm.

Hystérésis

La différence entre le point d'enclenchement S1 et le point de déclenchement S2 est nommée hystérésis. Si un objet brise le faisceau d'ondes, le niveau du signal nécessaire, pour revenir dans l'état de sortie initial, doit être environ 75% plus élevé. Ainsi, des objets se succédant à courts intervalles sont parfaitement détectables.

Importance de l'hystérésis d'une barrière simple à ultrasons.

Capteurs de distance à ultrasons

Principe
Fonction et plage de mesure des détecteurs de distance à ultrasons.
Chez les capteurs de distance à ultrasons, le courant ou la tension fourni(e) est proportionnel(le) à la distance vers l' objet détecté. Sur la base de la méthode de l' écho d' impulsion, la valeur de distance mesurée est fournie sous forme de valeur de tension. La pente de la courbe de sortie permet l' adaptation du détecteur par potentiomètre, auto-apprentissage (teach) ou par la fonction qTeach pour une adaptation optimale à la résolution spécifique demandée pour l' application. Pour les applications avec des câbles d' alimentation plus longues ou de fortes interférences, il est recommandé d' utiliser un capteur de distance à ultrasons avec sortie courant.

Où sont utilisés les détecteurs à ultrasons ?

Les détecteurs à ultrasons peuvent tout faire et conviennent à pratiquement tous les projets de détection en environnement industriel. Les objets à détecter peuvent être solides, liquides, granuleux ou pulvérulents. Ils détectent avec fiabilité les objets brillants, transparents ou aux couleurs changeantes. Les performances des détecteurs à ultrasons se remarquent plus particulièrement en environnement difficile, car ils sont extrêmement tolérants à la saleté et la sécurité process ne risque pas d’être entravée par la présence de poussière, de fumée et autre brouillard.

Grâce à leur application polyvalente, on trouve les détecteurs à ultrasons dans des industries variées, comme la technologie d' emballage, d' électronique et de convoyage. Ici vous trouverez d' autres exemples d' utilisation de détecteurs à ultrasons et leurs avantages dans des applications spécifiques.

Applications typiques des détecteurs à ultrasons

Les détecteurs à ultrasons détectent les objets transparents et déterminent sa distance vers l' objet.

Détection sûre de divers matériaux de support, quelle que soit la couleur, soit brillants soit transparents.
Détection sûre d' objets avec des détecteurs à ultrasons, indépendamment de l' objet.

Détection fiable sur vers des surfaces d' objets les plus diverses.
Détection de niveau dans les conteneurs et les réservoirs avec des détecteurs à ultrasons.

Détection de niveau et détection de divers matériaux de différentes formes géométriques.

Apprenez-en plus sur les avantages des capteurs à ultrasons Baumer dans la vidéo suivante :

User de plusieurs détecteurs à ultrasons en parallèle et éliminer toute interférence mutuelle

Pour des résultats optimaux lors de l' opération en parallèle de plusieurs détecteurs à ultrasons et pour éliminer toute interférence mutuelle, appliquer le suivant:


Installation de détecteurs à ultrasons

Le montage correct des détecteurs à ultrasons est décisif pour leur performance et leur fiabilité optimisées dans différentes applications, que ce soit pour la mesure précise de distance ou la détection d' objet. En savoir plus sur l' installation et la mise en service des détecteurs à ultrasons.
Installation de détecteurs à ultrasons

Accéder aux produits

Au sommet