Grafische weergave van hoe een ultrasoon sensor werkt.

In dit artikel wordt uitgelegd wat een ultrasoon sensor is, hoe het werkt, over welke eigenschappen deze sensor beschikt en in wat voor toepassingen deze sensor uitblinkt.

Wat is een ultrasoon sensor?

De mens neemt geluiden waar met zijn gehoor. Geluid is niets anders dan trillingen die door de lucht bewegen met een bepaalde frequentie. Wanneer men spreekt over een frequentie in de natuurkunde, dan spreekt men over het aantal gebeurtenissen in een gedefinieerde periode. Bijvoorbeeld het aantal trillingen per seconde, wat wordt uitgedrukt in Hertz (Hz). Hiermee kunnen licht en geluid meetbaar worden gemaakt. Het gehoor van de mens heeft een bepaald frequentiebereik, typisch ligt dit bereik van 20 Hz tot 20.000 Hz (20 kHz). Wanneer geluid buiten dit bereik valt is dit niet waar te nemen door het menselijk oor, dit wordt ultrasoon geluid genoemd. Er kan dus gesteld worden dat ultrasoon sensoren werken in het frequentiebereik boven de 20 kHz, meestal zelfs ver daarboven. Een ultrasoon sensor stuurt ultrasone geluidsgolven uit, waarbij op basis van objectreflectie nauwkeurig een afstand kan worden bepaald.

Hoe werkt een ultrasoon sensor?

Zoals eerder al genoemd zendt de sensor geluidstrillingen door de lucht uit. Deze trillingen worden cyclisch, dus in een herhalend patroon, uitgezonden. Een object dat zich in de baan van deze trilling bevindt, weerkaatst de trilling terug naar de sensor. Tussen de uitgezonden trilling en de reflectie die de sensor weerkaatst krijgt, zit een bepaalde tijdsinterval. In de sensor wordt, aan de hand van de reflectie, de looptijd van het geluid bepaald. Op basis daarvan wordt de afstand berekend. Hierdoor weet de sensor of er een object is en hoever deze van de sensor verwijderd is. Het waarnemen en berekenen van deze afstand wordt accuraat bepaald. Standaard worden nauwkeurigheden tot 1% van het ingestelde meetbereik gerealiseerd. Dit zou betekenen dat een object op 10 cm afstand tot op 1 mm nauwkeurig gedetecteerd kan worden. Om een ultrasoon sensor betrouwbaar te laten werken, wordt het geluid op een vaste frequentie uitgestuurd. Hoe lager deze frequentie, hoe groter het bereik van de sensor.

Daarnaast heeft een ultrasoon sensor ook altijd een blinde zone. De blinde zone is direct het eerste gebied, vanaf de sensor gezien. Binnen deze zone kunnen geen betrouwbare metingen uitgevoerd worden. Hoe groot de blinde zone van een sensor is, wordt bepaald door verschillende factoren. Ten eerste is de looptijd van het geluid van invloed en ten tweede de frequentie waarmee het geluid zich door de lucht (of een ander medium) voortbeweegt. De combinatie van deze twee maakt het onmogelijk om in het eerste gebied vanaf de sensor een betrouwbare meting uit te voeren. Dit wil zeggen dat wanneer een ultrasoon sensor geluidsgolven uitzendt, hij deze niet kan ontvangen op hetzelfde moment, wat gebeurt als er een object in de blinde zone staat. Als vuistregel kan aangehouden worden dat de blinde zone tussen de 5% de 10% van het maximale meetbereik van de sensor ligt. Daarnaast geldt ook dat hoe kleiner het bereik van de sensor is, des te kleiner de blinde zone bedraagt.

Voor welke toepassingen worden ultrasoon sensoren gebruikt?

Het is nu duidelijk wat een ultrasoon sensor is en hoe deze werkt. Hoe kunnen we dit vertalen naar een bruikbare toepassing? Hieronder volgen een aantal applicatievoorbeelden van toepassingen voor het gebruik van ultrasoon sensoren.

vloeistof detectie ultrasoon sensor microsonic

Vloeistoffen

Van helder water tot zwarte koffie, de ultrasoon sensor detecteert nagenoeg elke vloeistof. In de Food & Beverage (F&B) markt worden ultrasoon sensoren veelvuldig toegepast, bijvoorbeeld voor de niveaumeting van gevulde flessen met frisdrank of bier. Maar denk ook zeker aan een vol- of leeg detectie van blikken soep, zakjes woksaus, potten appelmoes of flessen sojasaus.

verf kleur detectie ultrasoon microsonic kleuronafhankelijk

Kleur

Ultrasoon sensoren worden niet beïnvloed door kleur. Een veel voorkomende toepassing is het detecteren van allerlei snoepgoed die verpakt worden in assortimentsverpakkingen. Een andere veel voorkomende toepassing is het uitvoeren van een niveaumeting in verfblikken. Of de verf nu citroengeel, robijnrood, staalblauw of diep zwart is, met een ultrasoon sensor detecteer je kleur onafhankelijk.

textiel leer schuim ultrasoon sensor microsonic detectie

Geluidsabsorberend materiaal

Textiel, leer en schuim materialen staan bekend om hun geluidsabsorberende eigenschappen. Ondanks de hoge mate van geluidsabsorptie van deze materialen zijn de ultrasoon sensoren van microsonic in staat om met een beperkte echo toch een correcte meting uit te kunnen voeren.

transparantie glas ultrasoon microsonic

Transparantie

Ultrasoon sensoren zijn ongevoelig voor transparantie. Transparante objecten zoals glas, (doorzichtig) kunststof of flinterdunne folies kunnen probleemloos worden gedetecteerd. Voorbeelden hiervan zijn de plastic verpakkingen met (brood) vleeswaren, de krimpfolie om een voorverpakt stuk kaas, of de controle op aanwezigheid van een sealfolie op een verpakking filet americain. Overal waar transparante objecten een rol spelen, kunnen ultrasoon sensoren uitkomst bieden om een betrouwbare detectie te realiseren.

zand slijpsel detectie microsonic ultrasoon

Grof, korrelig of fijn zand

Een ultrasoon sensor meet niet alleen kleur-, maar ook vormonafhankelijk. Vandaar dat bij meet- en detectieoplossingen rondom bulkgoederen veelal ultrasoon sensoren worden toegepast. Of het nu gaat om een niveaumeting van schelpenzand, of om een vulgraadmeting van een opslagbak met slijpsel en krullen afkomstig van een CNC machine, ultrasoon sensoren zijn hiervoor uitermate geschikt. Daarnaast zijn ultrasoon sensoren ongevoelig voor stof in de lucht, waardoor zelfs een niveaumeting van houtkrullen en zaagsel betrouwbaar kan worden uitgevoerd.

contrast ultrasoon detectie microsonic

Weinig tot geen contrast

Twee (vrijwel) gelijk gekleurde objecten met een minimaal (tot geen) contrast verschil worden moeiteloos gedetecteerd door ultrasoon sensoren. Wit op wit, zwart op zwart, of eender welke andere kleur maakt niet uit. Bij lage contrast, of zelfs geen contrast, tussen het object en de achtergrond is een ultrasoon sensor, als één van de weinige sensoren, in staat om object en achtergrond van elkaar te onderscheiden. Een voorbeeld hiervan is de aanwezigheid van rubber granulaat in een zwarte voorraad bak, of de detectie van RVS onderdelen in een RVS opvangbak.