專(zhuan)業(ye)的(de)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器特性簡介(jie)
SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器是利用超聲(sheng)波的(de)特性研制而(er)成(cheng)的(de)傳(chuan)感器。超聲(sheng)波是(shi)指頻(pin)率高(gao)於(yu)20kHz的(de)機(ji)械波，由換能(neng)晶片在電(dian)壓(ya)的(de)激(ji)勵下(xia)發生(sheng)振動產(chan)生(sheng)的(de)，它(ta)具(ju)有頻(pin)率高(gao)、波長短、繞(rao)射(she)現(xian)象(xiang)小，特別(bie)是方(fang)向(xiang)性好、能(neng)夠(gou)成(cheng)為射線而(er)定(ding)向(xiang)傳(chuan)播等(deng)特點。超聲(sheng)波對液(ye)體(ti)、固體(ti)的(de)穿透(tou)本(ben)領很(hen)大，尤其(qi)是(shi)在陽(yang)光(guang)不(bu)透(tou)明(ming)的(de)固(gu)體(ti)中，它(ta)可穿透(tou)幾(ji)十米的(de)深度。超聲(sheng)波碰(peng)到(dao)雜(za)質或(huo)分(fen)界(jie)面會產(chan)生(sheng)顯著(zhu)反(fan)射形(xing)成(cheng)反(fan)射成(cheng)回(hui)波，碰(peng)到(dao)活動物(wu)體能(neng)產生(sheng)多普勒效(xiao)應(ying)。因(yin)此(ci)超聲(sheng)波檢(jian)測廣泛(fan)應(ying)用在工業(ye)、國(guo)防、生(sheng)物醫(yi)學等(deng)方(fang)面。
壹、SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可以(yi)對集(ji)裝箱狀態(tai)進行探測(ce)。將(jiang)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器安裝在塑(su)料熔(rong)體罐或(huo)塑(su)料粒(li)料室頂(ding)部，向(xiang)集(ji)裝箱內部(bu)發出(chu)聲(sheng)波時(shi)，就(jiu)可以(yi)據此(ci)分(fen)析集(ji)裝箱的(de)狀態(tai)，如(ru)滿(man)、空或(huo)半(ban)滿(man)等(deng)。
二(er)、SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可用於(yu)檢(jian)測透(tou)明(ming)物體(ti)、液(ye)體、任(ren)何表粗糙、光滑、光(guang)的(de)密(mi)致(zhi)材料和(he)不規(gui)則物(wu)體(ti)。但(dan)不適(shi)用於(yu)室外、酷熱環境或(huo)壓(ya)力罐以(yi)及(ji)泡沫物體。
三(san)、SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可以(yi)應用於(yu)食品加(jia)工廠(chang)，實(shi)現(xian)塑(su)料包裝檢測的(de)閉(bi)環控制系統(tong)。配合新(xin)的(de)技術(shu)可在潮(chao)濕環如洗瓶機(ji)、噪音環境、溫(wen)度極劇烈(lie)變(bian)化(hua)環境等(deng)進行探測(ce)。
四(si)、SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可用於(yu)探測(ce)液(ye)位(wei)、探測(ce)透(tou)明(ming)物體(ti)和(he)材料，控(kong)制張(zhang)力(li)以(yi)及(ji)測量(liang)距離(li)，主(zhu)要為包裝、制瓶、物(wu)料搬(ban)檢驗煤(mei)的(de)設(she)備(bei)運、塑(su)料加(jia)工以(yi)及(ji)汽車(che)行業(ye)等(deng)。SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可用於(yu)流(liu)程監(jian)控以(yi)提高(gao)產(chan)品質(zhi)量(liang)、檢(jian)測(ce)缺陷、確(que)定(ding)有無以(yi)及(ji)其它(ta)方面。
SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器可以(yi)廣泛(fan)應(ying)用在物(wu)位(wei)（液(ye)位(wei)）監(jian)測，機(ji)器人防撞，各(ge)種(zhong)超聲(sheng)波接(jie)近開(kai)關(guan)，以(yi)及(ji)防盜報(bao)警等(deng)相(xiang)關(guan)領(ling)域，工作(zuo)可靠，安裝方便， 防水(shui)型(xing)，發(fa)射夾角(jiao)較小，靈(ling)敏(min)度高(gao)，方(fang)便(bian)與(yu)工業(ye)顯(xian)示儀表連接，也提供(gong)發(fa)射夾角(jiao)較大的(de)探頭。
SICK超聲(sheng)波測(ce)量液位的(de)基(ji)本(ben)原理是(shi)：由超聲(sheng)探頭發(fa)出(chu)的(de)超聲(sheng)脈(mai)沖信(xin)號(hao)，在氣體(ti)中傳(chuan)播，遇(yu)到(dao)空氣與(yu)液體的(de)界(jie)面後被(bei)反(fan)射，接(jie)收(shou)到(dao)回(hui)波信(xin)號後計(ji)算其超聲(sheng)波往(wang)返的(de)傳(chuan)播時(shi)間，即(ji)可換算出(chu)距離(li)或(huo)液(ye)位高(gao)度。超聲(sheng)波測(ce)量方法有很多其它(ta)方法不可比擬的(de)優(you)點(dian)：（1）無任(ren)何機(ji)械傳(chuan)動部件，也不(bu)接觸(chu)被(bei)測液(ye)體，屬(shu)於非接(jie)觸(chu)式(shi)測(ce)量，不(bu)怕(pa)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾，不怕(pa)酸(suan)堿等(deng)強(qiang)腐(fu)蝕(shi)性液(ye)體(ti)等(deng)，因(yin)此(ci)性能(neng)穩定(ding)、可靠性高(gao)、壽(shou)命長；（2）其響(xiang)應(ying)時間短可以(yi)方便(bian)的(de)實(shi)現(xian)無滯(zhi)後的(de)實(shi)時(shi)測(ce)量(liang)。
SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器主(zhu)要材料有壓電晶體（電致伸(shen)縮(suo)）及(ji)鎳鐵(tie)鋁(lv)合(he)金（磁致(zhi)伸(shen)縮(suo)）兩類。電致伸(shen)縮(suo)的(de)材(cai)料有鋯鈦酸(suan)鉛（PZT）等(deng)。壓(ya)電(dian)晶體組成(cheng)的(de)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器是壹種(zhong)可逆傳(chuan)感器，它(ta)可以(yi)將電(dian)能(neng)轉變(bian)成(cheng)機(ji)械振蕩而(er)產(chan)生(sheng)超聲(sheng)波，同(tong)時(shi)它(ta)接收(shou)到(dao)超聲(sheng)波時(shi)，也能(neng)轉變(bian)成(cheng)電能(neng)，所以(yi)它(ta)可以(yi)分(fen)成(cheng)發送(song)器或(huo)接(jie)收(shou)器。有的(de)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器既作(zuo)發送，也能(neng)作(zuo)接收(shou)。這(zhe)裏(li)僅介(jie)紹(shao)小型SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器，發送與接(jie)收(shou)略(lve)有差別(bie)，它(ta)適(shi)用於(yu)在空氣中傳(chuan)播，工作(zuo)頻(pin)率壹般為23-25KHZ及(ji)40-45KHZ。這(zhe)類傳(chuan)感器適(shi)用於(yu)測(ce)距、遙(yao)控、防盜等(deng)用途。該種(zhong)有T/R-40-60，T/R-40-12等(deng)（其(qi)中T表示發(fa)送，R表示接(jie)收(shou)，40表示頻(pin)率為40KHZ，16及(ji)12表示其(qi)外徑尺(chi)寸(cun)，以(yi)毫(hao)米計(ji)）。另有壹種(zhong)密(mi)封式(shi)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器（MA40EI型）。它(ta)的(de)特點是(shi)具(ju)有防水(shui)作(zuo)用（但(dan)不能(neng)放入(ru)水(shui)中），可以(yi)作(zuo)料位(wei)及(ji)接近(jin)開(kai)關(guan)用，它(ta)的(de)性能(neng)較好。超聲(sheng)波應(ying)用有三(san)種(zhong)基(ji)本(ben)類型(xing)，透射(she)型用於(yu)遙(yao)控器，防盜報(bao)警器、自動門、接近(jin)開(kai)關(guan)等(deng)；分(fen)離(li)式(shi)反(fan)射型(xing)用於(yu)測(ce)距、液(ye)位或(huo)料位(wei)；反(fan)射型(xing)用於(yu)材(cai)料探傷(shang)、測(ce)厚(hou)等(deng)。
SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器應用起(qi)來原(yuan)理簡單(dan)，也很(hen)方便(bian)，成(cheng)本(ben)也很(hen)低。但(dan)是目(mu)前(qian)的(de)SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器都有壹些缺(que)點，比如(ru)，反(fan)射問(wen)題(ti)，噪(zao)音，交(jiao)叉問題(ti)。
反(fan)射問(wen)題(ti)
如(ru)果被(bei)探測(ce)物(wu)體(ti)始終在合(he)適(shi)的(de)角(jiao)度，那SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器將會獲得(de)正確(que)的(de)角(jiao)度。但(dan)是不(bu)幸的(de)是(shi)，在實(shi)際(ji)使(shi)用中，很少被(bei)探測(ce)物(wu)體(ti)是能(neng)被(bei)正確(que)的(de)檢(jian)測(ce)的(de)。
其(qi)中可能(neng)會出(chu)現(xian)幾種(zhong)誤(wu)差：
三(san)角(jiao)誤(wu)差
當被(bei)測物(wu)體與(yu)傳(chuan)感器成(cheng)壹定角(jiao)度的(de)時(shi)候(hou)，所探測(ce)的(de)距(ju)離(li)和實(shi)際(ji)距(ju)離(li)有個三(san)角(jiao)誤(wu)差。
鏡面反(fan)射
這(zhe)個問題(ti)和(he)高(gao)中物理中所學的(de)光(guang)的(de)反(fan)射是(shi)壹樣(yang)的(de)。在特定的(de)角(jiao)度下(xia)，發出(chu)的(de)聲(sheng)波被(bei)光滑的(de)物(wu)體(ti)鏡面反(fan)射出(chu)去(qu)，因(yin)此(ci)無法(fa)產生(sheng)回(hui)波，也就(jiu)無法(fa)產生(sheng)距離讀(du)數(shu)。這(zhe)時SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器會忽視這(zhe)個物體的(de)存(cun)在。
多(duo)次反(fan)射
這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)在探測(ce)墻(qiang)角或(huo)者(zhe)類(lei)似(si)結構的(de)物(wu)體(ti)時比較常(chang)見(jian)。聲(sheng)波經過(guo)多(duo)次反(fan)彈才(cai)被(bei)傳(chuan)感器接收(shou)到(dao)，因(yin)此(ci)實(shi)際(ji)的(de)探測(ce)值並不(bu)是真實(shi)的(de)距(ju)離(li)值。
這(zhe)些問題(ti)可以(yi)通(tong)過(guo)使(shi)用多(duo)個(ge)按照(zhao)壹定角(jiao)度排列(lie)的(de)超聲(sheng)波圈來解(jie)決(jue)。通(tong)過(guo)探測(ce)多(duo)個(ge)超聲(sheng)波的(de)返回(hui)值，用來篩選(xuan)出(chu)正確(que)的(de)讀(du)數(shu)。
噪音
雖(sui)然(ran)多(duo)數SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器的(de)工作(zuo)頻(pin)率為40-45Khz，遠(yuan)遠(yuan)高(gao)於(yu)人(ren)類(lei)能(neng)夠(gou)聽到(dao)的(de)頻(pin)率。但(dan)是周圍(wei)環境也會(hui)產生(sheng)類似頻(pin)率的(de)噪(zao)音。比(bi)如，電機(ji)在轉(zhuan)動(dong)過(guo)程(cheng)會產(chan)生(sheng)壹定的(de)高(gao)頻(pin)，輪(lun)子在比(bi)較硬的(de)地面上的(de)摩(mo)擦(ca)所產(chan)生(sheng)的(de)高(gao)頻(pin)噪音，機(ji)器人本(ben)身(shen)的(de)抖(dou)動，甚(shen)至當有多個機(ji)器人的(de)時(shi)候(hou)，其它(ta)機(ji)器人SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器發出(chu)的(de)聲(sheng)波，這(zhe)些都會引起(qi)傳(chuan)感器接收(shou)到(dao)錯誤的(de)信(xin)號(hao)。
這(zhe)個問題(ti)可以(yi)通(tong)過(guo)對發(fa)射(she)的(de)超聲(sheng)波進行編(bian)碼來解(jie)決(jue)，比(bi)如(ru)發射(she)壹組長短不同(tong)的(de)音波，只(zhi)有當探測(ce)頭檢(jian)測(ce)到(dao)相(xiang)同(tong)組合的(de)音波的(de)時(shi)候(hou)，才進行距(ju)離計(ji)算。這(zhe)樣(yang)可以(yi)有效(xiao)的(de)避免(mian)由於環境噪(zao)音所(suo)引起(qi)的(de)誤(wu)讀(du)。
交(jiao)叉問題(ti)
交(jiao)叉問題(ti)是(shi)當多個SICK超聲(sheng)波傳(chuan)感器按照(zhao)壹定角(jiao)度被(bei)安裝在機(ji)器人上的(de)時(shi)候(hou)所引起(qi)的(de)。超聲(sheng)波X發(fa)出(chu)的(de)聲(sheng)波，經過(guo)鏡(jing)面反(fan)射，被(bei)傳(chuan)感器Z和Y獲得，這(zhe)時Z和Y會根據這(zhe)個信號來計(ji)算距離(li)值，從而(er)無(wu)法獲得正確(que)的(de)測(ce)量(liang)。