Ultraschallmesstechnik: Berührungslose Luftultraschall-Messungen

Laufzeitmessungen für die Positionsbestimmung

Die Bestimmung von Distanzen zwischen Objekten mittels Luftultraschall basiert auf dem Prinzip der Laufzeitmessung. Dabei arbeiten Ultraschallsensoren als Sender und Empfänger mit kurzen, hochfrequenten Schallimpulsen im Bereich von etwa 40 bis 500 kHz. Diese werden in der Luft mit Schallgeschwindigkeit transportiert und an Objekten reflektiert. Die Messung der Schalllaufzeit zwischen dem Aussenden und dem Empfang des reflektierten Signals wird elektronisch ausgewertet und ergibt die Distanz zum untersuchten Objekt.

Luftultraschallsensoren verwenden meist die Radialschwingung von >> Piezokeramischen Bauelementen wie >> Scheiben oder >> Platten. Um die Übertragung in die Luft möglichst effizient und dämpfungsarm umzusetzen, werden die Piezoelemente mit Anpassschichten aus geeignetem Material versehen. PI Ceramic fertigt integrierte Baugruppen nach Kundenwunsch und sorgt für fachgerechten Kontaktierung und den Einbau in Ihr Endprodukt.

Berührungslose Füllstandsmessung

Für die berührungslose Füllstandsmessung von Flüssigkeiten oder Feststoffen z. B. in Silos können piezobasierte Systeme eingesetzt werden. Dabei sind Piezowandler außerhalb des zu detektierenden Mediums platziert um eine Kontamination des Füllmediums und der Sensoren zu verhindern. Der Füllstandsdetektor sendet einen Ultraschallimpuls aus, der vom Füllmedium reflektiert wird. Die benötigte Laufzeit ist ein Maß für den zurückgelegten Weg im leeren Behälterteil. Die Auflösung und somit Genauigkeit der Messung hängen davon ab, wie gut Ultraschallimpulse an der jeweiligen Oberfläche reflektiert werden.

 

  • Berührungslose Messung
  • Keine Kontamination des Messmediums

Füllstandsmessung mit Stimmgabelsensoren

Füllstandsmessungen können auch mit sogenannten Stimmgabelsensoren oder Tauchschwingern durchgeführt werden. Die darin enthaltenen Piezoelemente dienen als Niveauschalter, die in verschiedenen Behälterhöhen platziert sind.

Die Piezowandler regen eine Stimmgabel in ihrer Eigenfrequenz an. Bei Kontakt mit dem zu messenden Medium verschiebt sich die Resonanzfrequenz des Wandlers, was Rückschlüsse auf den Füllstand zulässt. Diese Methode ist sehr zuverlässig und unabhängig von der Art des Füllmediums.

 

  • Robustes Messmittel
  • Messung unabhängig von der Art des Füllmediums

Ultraschall-Abstandssensoren als Einparkhilfe

Aktive Einparkhilfen in PKWs verwenden häufig Ultraschall-Abstandssensoren, um mit Hilfe von Laufzeitmessungen die Entfernung zur Umgebung festzustellen.

Dazu werden mehrere Ultraschallwandler in die Stoßfänger integriert, die Ultraschallsignale senden und empfangen. Die gewonnenen Daten werden anschließend an das Steuergerät übermittelt, welches aus der Ultraschallsignallaufzeit die Distanz vom Sensor zum Hindernis errechnet. Je höher die Anzahl der Sensoren, desto genauer bzw. sicherer das Messergebnis.

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Success Story: PI Ultraschall-Piezoelemente für sensorische Anwendungen

Von der Füllstandsmessung bis zur Adaptronik
Version / Datum
SUCCESS STORY pi1094
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