Conoscenza dei sensori a ultrasuoni (Parte 1): breve panoramica su tecnologia e funzionalità

Il principio fondamentale consiste nel rilevamento, privo di contatto, di oggetti e nella misurazione della loro distanza dal sensore a ultrasuoni; in base al tipo di sensore impiegato possono variare le distanze, da pochi centimetri fino a decine di metri. Il sensore emette impulsi a ultrasuoni che vengono riflessi da un oggetto.

L'eco generata è ricevuta dal sensore a ultrasuoni e convertita in un segnale elettrico tramite il trasduttore piezoelettrico. Tale principio è noto come tempo di propagazione del suono. Il sensore misura l’intervallo tra l'impulso a ultrasuoni emesso e l'eco ricevuta e calcola la distanza rispetto all'oggetto impiegando la velocità del suono. A temperatura ambiente, la velocità del suono nell'aria è di circa 344 m/s.

La distanza di rilevamento di un sensore a ultrasuoni dipende dalle proprietà della superficie e dall'angolo dell'oggetto. Le distanze di rilevamento più lunghe sono ottenute con oggetti che hanno una superficie piatta (riflettore standard) posta a un angolo retto esatto rispetto all'asse del sensore. Oggetti molto piccoli oppure oggetti che riflettono il suono solo in parte riducono la distanza di rilevamento. Oggetti con superfici lisce devono essere collocati il più vicino possibile a un angolo di 90°. Le superfici ruvide sono in grado di tollerare deviazioni angolari più ampie.

È necessario tenere in considerazione, per un corretto funzionamento dei sensori a ultrasuoni, anche gli effetti ambientali circostanti, come ad esempio la temperatura dell'aria che influisce più di ogni altro elemento sulla precisione del sensore. I sensori a ultrasuoni Pepperl+Fuchs sono dotati di circuiti di compensazione per eliminare gli effetti della temperatura sull'uscita del sensore. L'umidità e la pressione barometrica sono altri elementi da valutare.