Warum ist der Erfassungsbereich wichtig?

Das wichtigste Auswahlkriterium für einen Ultraschallsensor sind seine Tastweite und der damit verbundene dreidimensionale Erfassungsbereich, in denen Objekte zuverlässig detektiert werden können.

Bei der Vermessung werden verschiedene Normalreflektoren von außen seitlich in die Erfassungsbereiche geführt und die Stellen markiert, an denen der Reflektor vom Sensor erkannt wird. Objekte dürfen aus jeder beliebigen Richtung in den Erfassungsbereich geführt werden.

Die roten Bereiche werden mit einem dünnen Rundstab (10 mm bzw. 27 mm Ø, je nach Sensortyp) ausgemessen und zeigen den typischen Arbeitsbereich eines Ultraschallsensors.

Maximaler Erfassungsbereich (blauer Bereich)

Um die blauen Bereich zu erhalten, wird seitlich eine quadratische Platte (500 x 500 mm² ) von außen in die Schallfelder geführt. Hierbei wird immer der optimale Winkel der Platte zum Ultraschallsensor eingestellt. Dies ist somit der maximale Erfassungsbereich des Sensors.

Hinweis: Außerhalb der blauen Schallkeulen ist eine Auswertung von Ultraschall-Reflexionen nicht mehr möglich.

Reflektoreigenschaften und Störreflektoren

Ein Reflektor mit schlechteren Reflexionseigenschaften als der Rundstab wird von den Sensoren in einem Bereich erkannt, der kleiner ist als ihr roter Arbeitsbereich. Dagegen wird ein Reflektor mit besseren Reflexionseigenschaften einen Erfassungsbereich haben, der in seiner Größe zwischen dem roten und dem blauen Erfassungsbereich liegt.

Die kleinste zulässige Tastweite wird durch die Blindzone eines Sensors bestimmt. Innerhalb der Blindzone dürfen sich keine Objekte oder Störreflektoren befinden, da es sonst zu Fehlmessungen kommen kann.

Die in den Diagrammen eingetragenen Betriebstastweiten geben an, bis zu welcher Entfernung der Ultraschallsensor auf übliche Reflektoren mit ausreichender Funktionsreserve messen kann. Bei guten Reflektoren kann der Sensor auch bis zu seiner Grenztastweite eingesetzt werden. Die Grenztastweite ist immer größer als die Betriebstastweite. Die Diagramme gelten für 20°C, eine relative Luftfeuchte von 50% und Normaldruck.

Wie beeinflussen sie den Erfassungsbereich?

Die Dämpfung des Schalls in der Luft ist abhängig von der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte und dem Luftdruck. Die physikalischen Zusammenhänge sind komplex und für die einzelnen Ultraschall-Frequenzen unterschiedlich ausgeprägt. Vereinfacht gilt: Mit zunehmender Temperatur und zunehmender Luftfeuchtigkeit nimmt die Dämpfung in der Luft zu. Dies bedingt eine Reduzierung der Erfassungsbereiche.

Mit abnehmender Temperatur und geringeren relativen Luftfeuchten nimmt die Dämpfung in der Luft ab, und dementsprechend vergrößern sich die Erfassungsbereiche.

Die Reduzierung der Erfassungsbereiche wird weitgehend über die Funktionsreserve abgefangen. Bei Temperaturen unter 0° C können einige Sensoren durchaus doppelt so weit messen wie hier angegeben.

Mit zunehmendem Luftdruck nimmt die Dämpfung in der Luft deutlich ab. Dies ist bei Anwendungen im Überdruck zu berücksichtigen. Im Vakuum ist eine Schallausbreitung nicht möglich.