超声波传感器检测卷径的原理及其应用

    

超声波作为一种间接、非接触式、高精度的检测卷径方式,具有不易受光、电磁波、粉尘等外界因素干扰,对被检测物无损害,以及声波传播速度在相当大范围内与频率无关等独特优点,已广泛应用在纺织、印刷及包装等工业领域。

超声波测卷径的原理及方法

把超声波传感器安装在需要的地方并指向目标,要确保传感器离目标的距离在传感器的感应范围之内,并且对准料卷的卷轴中心,然后在料轴上装好不同大小卷径的料卷(图1所示),通过计算机或人机界面监视不同卷径下超声波传感器对应输出的数字量,然后与卷径大小一一对应列表,通过线性比例计算出当前实时卷径。

图1 安装检测简图

现以德国的霍尼伟尔(honeywell)超声波传感器(943-f4v-2d-1c0-330e)检测分切机的收卷直径为例,介绍超声波测卷径的原理及方法。

1.系统构成及设置

可编程控制器采用omron的c200hx cpu44,超声波传感器连接到c200h-ad003的第一个模拟量通道,地址为101。通过其线性比例指令直接算出当前卷径。超声波模拟量输出电压0-10v,对应数字量0-4000。超声波传感器主要技术参数如表1所示。

表1 超声波传感器主要技术参数

2.p1和p2点的选取方式

在超声波传感器测量卷径时,我们在测量的某范围内会选取两个测量点。p1为远点,p2为近点。通过p1和p2的选取可以得到两种斜率曲线,其如图2所示。①正向斜率:p1大于p2,超声波传感器的输入电压为0-10v;②反向斜率:p2大于p1,超声波传感器的输入电压10-0v。

图2 正/反向斜率曲线示意图

3.超声波传感器的调整

(1)p1点的调整。连接teach in(第5管脚)与地(第3管脚)8秒钟,直到p1的led指示灯与echo的led指示灯同步闪烁,闪烁频率为2hz,断开第5管脚与第3管脚,传感器p1点进入学习模式。p1的led闪烁频率为1hz,echo的led指示灯回到正常模式,这是一分钟的学习时间,将p1点的检测距离调节到所需要的位置(一般稍大于最小传感距离),将第5管脚与第3管脚短接后释放,完成p1点的调整。

(2)p2点的调整。连接teach in(第5管脚)与地(第3管脚)13秒钟,直到p1的led指示灯与echo的led指示灯同步闪烁,闪烁频率为2hz,断开第5管脚与第3管脚,传感器p2点进入学习模式,此时要注意因为p1点和echo的led在8秒钟时就会闪烁,但要再坚持连接5秒钟才能进入p2点的学习模式。p2的led闪烁频率为1hz,echo的led指示灯回到正常模式,这是一分钟的学习时间,将p2点的检测距离调节到所需要的位置(一般稍小于最大传感距离),将第5管脚与第3管脚短接后释放,完成p2点的设定。

影响检测精度的因素及措施

1.气体的化学成分、气压和温度

声波在空气中的传播速度受气体的化学成分、气压和温度的影响。通常气体的成分和气压相对较稳定,声速随温度的变化可以按下式进行近似计算:

式中:c为声速;t为温度。

为此,大部分超声波传感器都具有温度补偿功能,以减少由温度引起的约2/3的误差。

2.目标角度和目标物体

超声波传感器是通过吸收垂直于超声波轴的平直目标物体返回的大部分能量来检测目标物体的。随着超声波传感器与待测物体角度的变大,传感器接受到的能量将减少,在某些点上,传感器将“看不到”目标物体;因而目标角度不能大于超声波发射角,要避免一些风源及震动源对超声波传感器的影响,安装时要对准料轴的中心。一般要求目标物体检测表面积不小于超声波传感器的最小检测面积。

3.噪声的影响

声波在介质中传播时会产生衰减,其信噪比也会随着被测对象吸收外界震动以及空气扰动而改变;工业环境中噪声的频率通常在40-50hz,经常会使频率在这一噪声峰值附近的传感器产生误触发,因此为了得到精确的测量结果,必须对超声波信号进行去噪处理。

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     收录时间:2017-01-16 04:13 来源:科印传媒  作者:何军锋
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