OP - US S4

Messmethode und Aufbau:
Der Sensor OP-US S4 ist ein Ultraschallsensor, der in festen oder flüssigen Medien einen Ultraschallimpuls aussendet und dann das Eintreffen von Reflektionsechos überwacht.
Dazu wird der Sensor z.B.von aussen an die Wand eines Behälters mit einem Koppelmittel angekoppelt. Der Ultraschall dringt durch die Wand und wird an der gegenüberliegenden Wand reflektiert. Das reflektierte Echo dringt erneut durch die Wand und wird von dem Sensor empfangen. Im Falle, dass sich Luft hinter der Behälterwand befindet, ist der durchdringende Anteil des Ultraschalls so klein, dass er nicht nachgewiesen wird. Reflektion erfolgt nicht nur an der gegenüberliegenden Wand des Behälters, sondern an allen Objekten innerhalb der Flüssigkeit, die einen anderen Wert der Schallimpedanz gegenüber dem Ausbreitungsmedium haben. Gute Reflektoren sind z.B. Metall in Wasser oder aber auch ein Loch im Medium Metall.
Die Behälterwandung erzeugt ebenfalls eine Folge von Reflektionsechos, die den Messbereich kurz hinter der Wandung nicht auswertbar machen. Nach einer kurzen Zeit sind diese Wandechos jedoch abgeklungen und Reflektionsechos der gegenüberliegenden Behälterwand können nachgewiesen werden.
Die Erfassung von Gegenständen mit dem Sensor erfolgt nach physikalischen Gesetzen die in der Literatur der "Zerstörungsfreien Werkstoffprüfung" nachzulesen sind.
Als empfehlendswerter und unkritischer Anwendungsbereich ergibt sich für den Fall der Behälterprüfung:  Wandstärken bis 10 mm und Durchmesserbereiche von 200 mm bis 3000 mm.
Im übrigen Anwendungsbereich dieses Sensors hängt die Messmethode u.U. von sehr vielen Parametern und Materialkonstanten ab und sollte in kritischen Fällen experimentell überprüft werden.

Technische Daten:
Sensorabmessungen(mm)...d=50, l=50 +Schraub.=30
Gehäuse.......................................................Aluminium
Anschlußkabel 3-adrig und mit Schirm................2 m
und (alternativ): ...Anschluß über Schraubklemmen im Sensor.
Stromversorgung..............24 V Gleichstrom ca.50 mA
zuzüglich Schaltstrom (maximal 100 mA).
zulässige Temperatur........................max. 80 Grad C
Anschlußbelegung Masse(grau), 24V=(grün), Signalausgang( normal = Anschlußspannung).
Befestigung und Kabelanschluß über Schraubansatz M24x1.5 und PG-Verschraubung.

Der Sensor darf nicht vollständig in Wasser eingetaucht betrieben werden.
Der Sensor ist aufgrund seiner weichen Ankoppelschicht nicht für wechselnde Ankopplungen vorgesehen.

Physikalische Parameter:
Ultraschallfrequenz ........................................ 2 MHz,   
andere Frequenzen auf Anfrage.
Sensordurchmesser .......................................25 mm
Ankoppelschicht aus weichem,anpassbaren Kunststoff.

Arbeitsweise:
Der Sensor wird sorgfältig an der Wand des Behälters angekoppelt, d.h. Luftschichten zwischen Sensor und Wand sind zu vermeiden, etwa durch Verwendung von Öl oder durch hohem Druck. Der Sensor muß mechanisch fixiert werden, der Druck bei der Ankopplung muss ebenfalls beständig sein.
Nach Anlegen der Versorgungsspannung, die LED leuchtet dann grün, sendet der Sensor Ultraschallimpulse und empfängt die reflektierten Echosignale.
Nach dem Abklingen der Störsignale sucht der Sensor nach Reflektionssignalen. Falls diese Echos nach einer Zeit von 6 msec ( = ca. 3m Laufweg in Wasser) noch nicht eingetroffen sind, so wird für diese Messung Alarm gegeben. Falls dieses auch bei den folgenden  Messungen hintereinander auftritt, so wird der Schaltausgang geschaltet (Störaustastung) und die Versorgungsspannung auf den Signalausgang gelegt.
Die Wiederholrate der Messungen ist typisch 50 Hz. Die Ausgangssignale werden dabei mit der Wiederholfrequenz aufgefrischt.
Der Status des Schaltausganges wird über eine LED angezeigt,

Sensoren für ähnliche Anwendungen:
OP-US S2 für berührungslose Messung und Übertragung in Luft oder Gasen.
OP-US S3 industrielles Ultraschallmikrofon mit Frequenzbewertung zur Detektion von Ultraschallquellen.
OP-US S4/A mit analoger Ausgabe des Abstandes. 

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