In der industriellen Anwendung zeichnen sich Ultraschallsensoren neben ihrer Zuverlässigkeit besonders durch ihre enorme Vielseitigkeit aus. Sie lösen auch besonders komplexe Aufgaben beim millimetergenauen Erfassen von Objekten oder Füllständen, weil ihr Messprinzip unter fast allen Umständen zuverlässig funktioniert.

1. Wie funktionieren Ultraschallsensoren?

Ultraschallsensoren sind in der Lage, Objekte berührungslos zu erkennen und ihre Entfernung zum Sensor zu messen. Abhängig vom verwendeten Sensor sind Reichweiten von wenigen Zentimetern bis hin zu 10 Metern möglich. Für die Berechnung von Abständen zwischen Sensor und Objekt wird ein Ultraschallimpuls ausgesendet. Das vom Objekt reflektierte Echo wird vom Sensor wieder empfangen und über den piezoelektrischen Wandler in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Verfahren wird als Echo-Laufzeitverfahren bezeichnet. Hierbei misst der Sensor den zeitlichen Abstand zwischen dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo und berechnet über die Schallgeschwindigkeit die Entfernung zum Objekt.

2. Wo werden Ultraschallsensoren eingesetzt?

Die Einsatzbereiche von Ultraschallsensoren sind extrem vielfältig: Sie finden vor allem in der industriellen Automation Verwendung. Beispielsweise erkennen sie, ob sich der Füllstand eines Silos einem kritischen Level nähert, oder wie eine Hubarbeitsbühne auf einer Großbaustelle sicher bewegt werden soll.

3. Wie sammeln Ultraschallsensoren Informationen?

Ein Ultraschallsensor sendet einen Impuls aus, der an einem Objekt reflektiert. Das dabei erzeugte Echo empfängt der Sensor wieder und wandelt es über einen piezoelektrischen Wandler in ein elektrisches Signal. Dieses Verfahren wird als Echo-Laufzeitverfahren bezeichnet. Dabei wird der zeitliche Abstand zwischen dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo gemessen und über die Schallgeschwindigkeit die Entfernung zum Objekt berechnet. Bei Raumtemperatur beträgt die Schallgeschwindigkeit in der Luft rund 344 m/s.

In diesem Video sehen Sie, wie der Sensor die Entfernung zu einem Objekt misst. Hierfür wird der zeitliche Abstand zwischen dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo analysiert. Anschließend berechnet der Sensor über die Schallgeschwindigkeit die Entfernung zum Objekt.

4. Welche Materialien erfassen Ultraschallsensoren?

Mithilfe eines Ultraschallsensors können unterschiedliche Materialien wie Metall, Holz sowie Kunststoffe unabhängig von ihrer Form, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit erfasst werden. Es spielt dabei keine Rolle, ob die Stoffe fest, flüssig oder pulverförmig sind – einzig ihre Oberfläche muss in der Lage sein, die ausgesendeten Schallwellen des Sensors zu reflektieren. Mit Ausnahme stark schalldämpfender Stoffe (z. B. Watte) ist eine präzise Erfassung problemlos möglich.