智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù) 課件 項目9、10 智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建、超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建

智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù)主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建1．了解智能傳感器檢測系統(tǒng)的工作過程及使用方法。2．掌握智能傳感器檢測系統(tǒng)的基本構(gòu)成。3．掌握智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建方法。4．掌握智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作方法。5．掌握智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置方法。6．掌握智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試方法。知識目標(biāo)：1．能根據(jù)原理圖，完成智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作。2．能根據(jù)控制要求，完成智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置。3．能根據(jù)工藝流程，完成智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試。能力目標(biāo)：

本項目主要包括智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作、智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置、智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試3個任務(wù)。項目描述目標(biāo)與描述任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建圖9-0-1智能傳感器檢測模型知識目標(biāo)1．了解智能傳感器檢測模型的組成。2．掌握智能網(wǎng)關(guān)的功能及電氣連接方法。3．掌握數(shù)字量擴展模塊與電感傳感器、電容傳感器、光電傳感器、光纖傳感器和霍爾傳感器的連接方法。能力目標(biāo)1．會進行智能網(wǎng)關(guān)與交換機的連接。2．會進行智能網(wǎng)關(guān)與數(shù)字量擴展模塊的連接。3．會進行傳感器與數(shù)字量擴展模塊的連接。4．會進行智能傳感器接口盒與PLC模塊的電路連接。工作任務(wù)

本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解智能傳感器檢測模型的組成，并能完成智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作。項目9激光傳感器檢測系統(tǒng)的搭建任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

智能傳感器檢測模型主要由智能網(wǎng)關(guān)、數(shù)字量擴展模塊、電感傳感器（分布式I/O）、電容傳感器（分布式I/O）、光電傳感器（分布式I/O）、光纖傳感器（分布式I/O）、霍爾傳感器（分布式I/O）等組成，如圖9-1-1所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-1智能傳感器檢測模型的組成任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)智能網(wǎng)關(guān)是一種全新的可擴展分布式I/O系統(tǒng)，支持多種主流的標(biāo)準(zhǔn)總線協(xié)議，如Profibus-DP、Profinet、EtherCAT、CC-Link等，可以輕松地接入各類PLC系統(tǒng)。每個智能網(wǎng)關(guān)占用一個從站地址，最多可以擴展4個I/O模塊，每個I/O模塊最多可以連接6個I/O變量，極限擴展距離為100m。模塊排序按照所連接擴展口的順序（P0—P1—P2—P3）和距離網(wǎng)關(guān)由近到遠分配為1～24號。作為Profinet從站，智能網(wǎng)關(guān)可以通過組態(tài)工具指定設(shè)備名稱和相應(yīng)的IP地址，也可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)由PLC自動分配IP地址，以此來實現(xiàn)基于工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)的Profinet網(wǎng)絡(luò)的通信要求，并在編程軟件Step7中進行組態(tài)分配。圖9-1-2所示為智能網(wǎng)關(guān)示意圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

2．?dāng)?shù)字量擴展模塊數(shù)字量擴展模塊搭載并收集智能傳感器信號，并由智能網(wǎng)關(guān)的擴展接口通過專用擴展電纜先連接到第一個模塊的In口，再由第一個模塊的Out口連接到第二個模塊的In口，依次連接最多4個I/O模塊。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-2智能網(wǎng)關(guān)示意圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

2．?dāng)?shù)字量擴展模塊圖9-1-3所示為數(shù)字量擴展模塊示意圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-3數(shù)字量擴展模塊示意圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器智能傳感器檢測模型主要用到5款傳感器：電感傳感器（分布式I/O）、電容傳感器（分布式I/O）、光電傳感器（分布式I/O）、光纖傳感器（分布式I/O）和霍爾傳感器（分布式I/O）。它們通過專用插件和線纜與數(shù)字量擴展模塊連接，將采集到的數(shù)字量信號發(fā)送給數(shù)字量擴展模塊。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器1）電感傳感器（分布式I/O）本任務(wù)用到的電感傳感器的型號為FI8-G18-ON6L-Q12，檢測距離為8mm，輸出為NPN，電壓為DC24V，開關(guān)頻率為500Hz，其機械圖如圖9-1-4所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-4電感傳感器機械圖（單位：mm）任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器2）光電傳感器（分布式I/O）本任務(wù)用到的光電傳感器的型號為OM18-K100VN6Q，檢測距離為100mm，光源為紅外線，開關(guān)頻率為200Hz，輸出為NPN，開關(guān)的方式為NO+NC，其電路圖如圖9-1-5所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-5光電傳感器電路圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器3）電容傳感器（分布式I/O）本任務(wù)用到的電容傳感器的型號為FC5-M18-ON6L-Q12，檢測距離為5mm，輸出為NPN，電壓為DC24V，開關(guān)頻率為500Hz，其機械圖如圖9-1-6所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-6電容傳感器機械圖（單位：mm）任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器4）霍爾傳感器（分布式I/O）本任務(wù)用到的霍爾傳感器的型號為NJK-5002C，檢測距離為10mm，輸出為NPN，電壓為DC24V，其實物圖如圖9-1-7所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-7霍爾傳感器實物圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

3．智能傳感器5）光纖傳感器（分布式I/O）光纖傳感器主要由光纖頭和數(shù)字光纖傳感器組成。本任務(wù)用到的光纖頭的型號為E32-ZD200，數(shù)字光纖傳感器的型號為E3X-ZD112M，輸出為NPN，檢測距離為150mm，電壓為DC24V。光纖傳感器實物圖如圖9-1-8所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的組成圖9-1-8光纖傳感器實物圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)的電氣連接智能網(wǎng)關(guān)需要進行電源線、數(shù)據(jù)擴展線、網(wǎng)絡(luò)通信線的連接。1）電源線智能網(wǎng)關(guān)采用DC24V電源供電，供電電源分為網(wǎng)關(guān)模塊電源UMOD（1L+、1M）和信號模塊負載電源U（2L+、2M）兩部分。兩路電源的正極1L+和2L+之間電隔離，公共點1M和2M之間內(nèi)部連通。智能網(wǎng)關(guān)電源線公插連接視圖如圖9-1-9所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-9智能網(wǎng)關(guān)電源線公插連接視圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)的電氣連接智能網(wǎng)關(guān)需要進行電源線、數(shù)據(jù)擴展線、網(wǎng)絡(luò)通信線的連接。1）電源線智能網(wǎng)關(guān)電源線公插接口端子表如表9-1-1所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-8光纖傳感器實物圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)的電氣連接智能網(wǎng)關(guān)需要進行電源線、數(shù)據(jù)擴展線、網(wǎng)絡(luò)通信線的連接。1）電源線智能網(wǎng)關(guān)電源線實物連接圖如圖9-1-10所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-10智能網(wǎng)關(guān)電源線實物連接圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)的電氣連接智能網(wǎng)關(guān)需要進行電源線、數(shù)據(jù)擴展線、網(wǎng)絡(luò)通信線的連接。2）數(shù)據(jù)擴展線數(shù)據(jù)擴展線連接數(shù)字量擴展模塊和智能網(wǎng)關(guān)，給數(shù)字量擴展模塊供電的同時收集傳感器的觸發(fā)信號。圖9-1-11所示為數(shù)據(jù)擴展線實物連接圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-11數(shù)據(jù)擴展線實物連接圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

1．智能網(wǎng)關(guān)的電氣連接智能網(wǎng)關(guān)需要進行電源線、數(shù)據(jù)擴展線、網(wǎng)絡(luò)通信線的連接。3）網(wǎng)絡(luò)通信線網(wǎng)絡(luò)通信線是智能網(wǎng)關(guān)與PLC連接通信專用的，智能網(wǎng)關(guān)將采集到的傳感器數(shù)字量信號通過網(wǎng)絡(luò)通信線發(fā)送給PLC。圖9-1-12所示為網(wǎng)絡(luò)通信線實物連接圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-12網(wǎng)絡(luò)通信線實物連接圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

2．?dāng)?shù)字量擴展模塊數(shù)字量擴展模塊只需用傳感器信號轉(zhuǎn)換線與各傳感器連接，以及用數(shù)據(jù)擴展線與智能網(wǎng)關(guān)連接即可。其中傳感器信號轉(zhuǎn)換線是用于連接各傳感器與數(shù)字量擴展模塊之間的專用線，為三線制，即DC24V、0V、信號線。圖9-1-13所示為傳感器信號轉(zhuǎn)換線實物連接圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-13傳感器信號轉(zhuǎn)換線實物連接圖任務(wù)1智能傳感器檢測模型的電氣連接與操作

2．?dāng)?shù)字量擴展模塊數(shù)字量擴展模塊只需用傳感器信號轉(zhuǎn)換線與各傳感器連接，以及用數(shù)據(jù)擴展線與智能網(wǎng)關(guān)連接即可。其中傳感器信號轉(zhuǎn)換線是用于連接各傳感器與數(shù)字量擴展模塊之間的專用線，為三線制，即DC24V、0V、信號線。圖9-1-13所示為傳感器信號轉(zhuǎn)換線實物連接圖。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、智能傳感器檢測模型的電氣連接圖9-1-13傳感器信號轉(zhuǎn)換線實物連接圖知識目標(biāo)1．掌握智能網(wǎng)關(guān)分配IP地址和數(shù)據(jù)位的方法。2．掌握智能傳感器檢測模型選型功能的設(shè)置方法。3．熟悉智能傳感器檢測模型的邏輯運算。能力目標(biāo)能完成西門子CPU_1214C及擴展模塊SM1223DI8/DQ8的外部電路連接。工作任務(wù)

本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解智能網(wǎng)關(guān)的IP地址及名稱定義，掌握智能網(wǎng)關(guān)通信的設(shè)置方法和智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置方法，并能完成智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置。項目9激光傳感器檢測系統(tǒng)的搭建任務(wù)2智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

智能傳感器檢測模型需要與PLC進行以太網(wǎng)通信，需要在PLC中為智能網(wǎng)關(guān)分配IP地址和數(shù)據(jù)位，因此暫定智能網(wǎng)關(guān)的IP地址為192.168.13.15，數(shù)據(jù)位為I10.0～I10.4；PLC的IP地址為192.168.13.11。智能網(wǎng)關(guān)與PLC的IP地址和數(shù)據(jù)位如表9-2-1所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、IP地址和名稱定義任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

1．?dāng)?shù)字量I/O模塊的端口定義本任務(wù)采用的數(shù)字量I/O模塊為SPDB-0800D-013，其端口定義如表9-2-2所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

1．?dāng)?shù)字量I/O模塊的端口定義本任務(wù)將接入本模塊中電感傳感器、電容傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器和光纖傳感器5種傳感器的信號。模塊中3～10號端口為傳感器接線端口，其插頭示意圖如圖9-2-1所示，其插頭說明如表9-2-3所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊圖9-2-1傳感器接線端口插頭示意圖任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

1．?dāng)?shù)字量I/O模塊的端口定義本任務(wù)將接入本模塊中電感傳感器、電容傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器和光纖傳感器5種傳感器的信號。模塊中3～10號端口為傳感器接線端口，其插頭示意圖如圖9-2-1所示，其插頭說明如表9-2-3所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

2．?dāng)?shù)字量I/O模塊各指示燈的定義數(shù)字量I/O模塊指示燈示意圖如圖9-2-2所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊圖9-2-2數(shù)字量I/O模塊指示燈示意圖任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

2．?dāng)?shù)字量I/O模塊各指示燈的定義各指示燈的定義及說明如表9-2-4所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊圖9-2-2數(shù)字量I/O模塊指示燈示意圖任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

3．網(wǎng)關(guān)模塊的端口定義I/O模塊與PLC的網(wǎng)絡(luò)連接需經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，I/O模塊接入網(wǎng)關(guān)后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集線器與PLC獲得聯(lián)系。圖9-2-3是網(wǎng)關(guān)模塊SPPN-GW-001實物圖，其端口定義如表9-2-5所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊圖9-2-3網(wǎng)關(guān)模塊SPPN-GW-001實物圖任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

3．網(wǎng)關(guān)模塊的端口定義I/O模塊與PLC的網(wǎng)絡(luò)連接需經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，I/O模塊接入網(wǎng)關(guān)后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集線器與PLC獲得聯(lián)系。圖9-2-3是網(wǎng)關(guān)模塊SPPN-GW-001實物圖，其端口定義如表9-2-5所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

4．網(wǎng)關(guān)模塊指示燈的定義網(wǎng)關(guān)模塊指示燈示意圖如圖9-2-4所示。網(wǎng)關(guān)模塊指示燈的定義及說明如表9-2-6所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊圖9-2-4網(wǎng)關(guān)模塊指示燈示意圖任務(wù)2

智能傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置

4．網(wǎng)關(guān)模塊指示燈的定義網(wǎng)關(guān)模塊指示燈示意圖如圖9-2-4所示。網(wǎng)關(guān)模塊指示燈的定義及說明如表9-2-6所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、分布式I/O模塊知識目標(biāo)1．掌握智能傳感器檢測模型的工藝流程。2．掌握智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試方法。能力目標(biāo)1．能根據(jù)工藝流程，完成智能傳感器檢測模型的PLC程序設(shè)計。2．能根據(jù)控制要求，完成智能傳感器檢測模型的調(diào)試。3．能根據(jù)故障現(xiàn)象，完成智能傳感器檢測模型的調(diào)試過程中的故障排除。工作任務(wù)

本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，掌握智能傳感器檢測模型PLC程序的編制方法和設(shè)備調(diào)試方法，并能根據(jù)實際工作生產(chǎn)控制要求，對智能傳感器檢測模型進行編程與調(diào)試，實現(xiàn)智能傳感器物料檢測判斷等功能。項目9激光傳感器檢測系統(tǒng)的搭建任務(wù)3智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試任務(wù)3智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試

4．網(wǎng)關(guān)模塊指示燈的定義智能傳感器檢測模型的工藝流程如圖9-3-1所示。項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、智能傳感器檢測模型的工藝流程圖9-3-1智能傳感器檢測模型的工藝流程任務(wù)3智能傳感器檢測模型的編程與調(diào)試

I/O地址分配表如表9-3-1所示。（略）項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、I/O地址分配表感謝觀看匯報人：啟智設(shè)計項目9智能傳感器檢測系統(tǒng)的搭建智能傳感器檢測與應(yīng)用技術(shù)主編楊杰忠葉光顯鄒火軍主編楊杰忠葉光顯鄒火軍副主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍主編黃浩兵林雙媚韋玉秋

參編農(nóng)晴晴莫小軍李仁芝秦文芳王棟平

韋文杰楊天明韋克寧黃旭張國峰唐國永陳軍“十四五”職業(yè)教育智能制造技術(shù)應(yīng)用專業(yè)系列教材項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建1．了解超聲波傳感器的工作過程及使用方法。2．掌握超聲波傳感器的基本構(gòu)成。3．掌握超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建方法。4．掌握超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與操作方法。5．掌握超聲波傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置方法。6．掌握超聲波傳感器檢測模型的編程與調(diào)試方法。知識目標(biāo)：1．能根據(jù)原理圖，完成超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置。2．能根據(jù)控制要求，完成超聲波傳感器檢測模型的組態(tài)設(shè)置。3．能根據(jù)工藝流程，完成超聲波傳感器檢測模型的編程與調(diào)試。。能力目標(biāo)：

本項目主要包括超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置、超聲波傳感器檢測模型的模擬量組態(tài)設(shè)置、超聲波傳感器檢測模型的編程與調(diào)試3個任務(wù)。項目描述目標(biāo)與描述項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建圖10-0-1超聲波傳感器檢測模型智能島知識目標(biāo)1．了解超聲波傳感器的定義及組成。2．了解超聲波傳感器的分類及主要性能指標(biāo)。3．掌握超聲波傳感器的工作模式和檢測模式。4．掌握超聲波傳感器檢測模型的組成。5．掌握超聲波傳感器檢測數(shù)值的設(shè)置方法。能力目標(biāo)1．能根據(jù)原理圖，完成超聲波傳感器檢測模型的電氣連接。2．能根據(jù)控制要求，完成超聲波傳感器檢測數(shù)值的設(shè)置。工作任務(wù)

本任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，了解超聲波傳感器的分類、特性及應(yīng)用，掌握超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的基本應(yīng)用，并能完成激光傳感器檢測模型的電氣連接與檢測數(shù)值設(shè)置。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波是振動頻率高于20Hz的機械波，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用于工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

常見的超聲波傳感器如圖10-1-1所示。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器圖10-1-1常見的超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器的組成超聲波傳感器主要由發(fā)送傳感器（或稱波發(fā)送器）、接收傳感器（或稱波接收器）、控制部分和電源部分組成。各組成部分的功能如下。1）發(fā)送傳感器發(fā)送傳感器由發(fā)送器和使用直徑約為15mm的陶瓷振子換能器組成。陶瓷振子換能器的作用是將陶瓷振子的電振動能量轉(zhuǎn)換成超能量并向空中輻射。2）接收傳感器接收傳感器由陶瓷振子換能器和放大電路組成。陶瓷振子換能器接收波產(chǎn)生機械振動，并將其變換成電能量，作為接收傳感器的輸出，從而對發(fā)送的超聲波信號進行檢測。在實際使用中，用作發(fā)送傳感器的陶瓷振子換能器也可以用作接收傳感器的陶瓷振子換能器。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器的組成超聲波傳感器主要由發(fā)送傳感器（或稱波發(fā)送器）、接收傳感器（或稱波接收器）、控制部分和電源部分組成。各組成部分的功能如下。3）控制部分控制部分主要通過用集成電路對發(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比、稀疏調(diào)制、計數(shù)及探測距離等進行控制，并判斷接收傳感器是否接收到信號（超聲波），以及已接收信號的大小。

4）電源部分超聲波傳感器通常采用電壓為DC12V±1.2V或24V±2.4V外部直流電源供電，經(jīng)內(nèi)部穩(wěn)壓電路供給傳感器工作。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

2．超聲波傳感器的分類超聲波傳感器主要材料有壓電晶體（電致伸縮）及鎳鐵鋁合金（磁致伸縮）兩類。電致伸縮的材料有鋯鈦酸鉛（PZT）等。壓電晶體組成的超聲波傳感器是一種可逆?zhèn)鞲衅?，可以將電能轉(zhuǎn)變成機械振蕩而產(chǎn)生超聲波，同時它接收到超聲波時，也能轉(zhuǎn)變成電能，所以它可以分成發(fā)送器和接收器。有的超聲波傳感器既能發(fā)送，也能接收。在此僅介紹小型超聲波傳感器，發(fā)送與接收略有差別，它適用于在空氣中傳播，工作頻率一般為23kHz～25kHz及40kHz～45kHz。這類傳感器適用于測距、遙控、防盜等。這類傳感器類型有T/R-40-16、T/R-40-12（其中T表示發(fā)送，R表示接收，40表示頻率為40kHz，16及12表示其外徑尺寸，以毫米計）等。另有一種密封式超聲波傳感器（MA40EI型），其特點是具有防水作用（但不能放入水中），可以作料位及接近開關(guān)用，它的性能較好。超聲波傳感器應(yīng)用有三種基本類型，透射型超聲波傳感器用于遙控器、防盜報警器、自動門、接近開關(guān)等；分離式反射型超聲波傳感器用于測距、液位或料位；反射型超聲波傳感器用于材料探傷、測厚等。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

2．超聲波傳感器的分類常用的超聲波傳感器由壓電晶片組成，既可以發(fā)射超聲波，也可以接收超聲波。小功率超聲波探頭多作探測用，它有許多不同的結(jié)構(gòu)，可分直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表面波探頭（表面波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、雙探頭（一個探頭用于發(fā)射，一個探頭用于接收）等。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

3．超聲波的性能指標(biāo)超聲波探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成壓電晶片的材料可以有許多種。壓電晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個探頭的性能是不同的。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括以下幾個方面。1）工作頻率工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到壓電晶片兩端的交流電壓的頻率和壓電晶片的共振頻率相等時，壓電晶片輸出的能量最大，靈敏度也最高。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

3．超聲波的性能指標(biāo)2）工作溫度由于壓電材料的居里溫度一般比較高，特別是診斷用的超聲波探頭的使用功率較小，所以它工作溫度比較低，可以長時間地工作而不失效。醫(yī)療用的超聲波探頭的工作溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。3）靈敏度靈敏度主要取決于壓電晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。4）指向性指向性是超聲波傳感器的探測范圍。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式超聲波傳感器利用聲波介質(zhì)對被測物體進行非接觸式無磨損的檢測。超聲波傳感器對透明或有色物體，金屬或非金屬物體，固體、液體、粉狀物體均能檢測。其檢測性能幾乎不受任何環(huán)境條件的影響，包括煙塵環(huán)境和雨天。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式1）檢測模式超聲波傳感器主要采用直接反射式的檢測模式，如圖10-1-2所示。位于傳感器前面的被測物體通過將發(fā)射的聲波部分地發(fā)射回傳感器的接收器，從而使傳感器檢測到被測物體。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器圖10-1-2超聲波傳感器直接反射式的檢測模式任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式1）檢測模式還有部分超聲波傳感器采用對射式的檢測模式，如圖10-1-3所示。一套對射式超聲波傳感器包括一個發(fā)射器和一個接收器，兩者之間持續(xù)保持“收聽”。位于接收器和發(fā)射器之間的被測物體將會阻斷接收器接收發(fā)射的超聲波，從而傳感器將產(chǎn)生開關(guān)信號。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器圖10-1-3超聲波傳感器對射式的檢測模式任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式2）檢測范圍超聲波傳感器的檢測范圍取決于其使用的波長和頻率。波長越長，頻率越小，檢測距離越長。例如，具有毫米級波長的緊湊型傳感器的檢測范圍為300～500mm、波長大于5mm的傳感器的檢測范圍可達8m。一些傳感器具有較窄的聲波發(fā)射角6º，因而更適合精確檢測相對較小的物體。另一些聲波發(fā)射角在12～15º的傳感器能夠檢測具有較大傾角的物體。此外，還有外置探頭型超聲波傳感器，其相應(yīng)的電子線路位于常規(guī)傳感器外殼內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)更適合檢測安裝空間有限的場合。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式3）調(diào)節(jié)幾乎所有超聲波傳感器都能對開關(guān)輸出的近點和遠點或測量范圍進行調(diào)節(jié)。在設(shè)定范圍外的物體可以被檢測到，但是不會觸發(fā)輸出狀態(tài)的改變。一些傳感器具有不同的調(diào)節(jié)參數(shù)，如傳感器的響應(yīng)時間、回波損失性能，以及傳感器與設(shè)備連接使用時對工作方向的設(shè)定調(diào)節(jié)等。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式4）重復(fù)精度波長等因素會影響超聲波傳感器的精度，其中最主要的影響因素是隨溫度變化的聲波速度，因而許多超聲波傳感器具有溫度補償?shù)奶匦?。該特性能使模擬量輸出型超聲波傳感器在一個大溫度范圍內(nèi)獲得高達0.6mm的重復(fù)精度。5）輸出功能所有系列的超聲波傳感器都有開關(guān)量輸出型產(chǎn)品。一些產(chǎn)品還有2路開關(guān)量輸出（如最小和最大液位控制）。大多數(shù)系列的超聲波傳感器都能提供具有模擬電流或模擬電壓輸出的產(chǎn)品。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式6）噪聲抑制金屬敲擊聲、轟鳴聲等噪聲不會影響超聲波傳感器的參數(shù)賦值，這主要是因為頻率范圍的優(yōu)選和已獲專利的噪聲抑制電路。7）同步功能超聲波傳感器的同步功能可防干擾。各超聲波傳感器通過將各自的同步線進行簡單的連接來實現(xiàn)同步功能，它們同時發(fā)射聲波脈沖，像單個傳感器一樣工作，同時具有擴展的檢測角度。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式8）交替工作以交替方式工作的超聲波傳感器彼此間是相互獨立的，不會相互影響。以交替方式工作的超聲波傳感器越多，響應(yīng)的開關(guān)頻率越低。9）檢測條件超聲波傳感器特別適合在“空氣”這種介質(zhì)中工作，這種傳感器也能在其他氣體介質(zhì)中工作，但需要進行靈敏度的調(diào)節(jié)。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式10）盲區(qū)直接反射式超聲波傳感器不能可靠檢測位于超聲波換能器前段的部分物體，因此超聲波換能器與檢測范圍起點之間的區(qū)域被稱為盲區(qū)。超聲波傳感器在這個區(qū)域內(nèi)必須保持不被阻擋。11）溫濕度空氣溫度與濕度會影響聲波的行程時間。空氣溫度每上升20oC，檢測距離最多增加3.5%。在相對干燥的空氣條件下，濕度的增加將導(dǎo)致聲速最多增加2%。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

4．超聲波傳感器的工作模式12）空氣壓力常規(guī)情況下，大氣變化±5%（選一固定參考點）將導(dǎo)致檢測范圍變化±0.6%。大多數(shù)情況下，傳感器在5bar壓力下使用沒有問題。13）氣流氣流的變化將會影響聲速，然而由最高至10m/s的氣流速度造成的影響是微不足道的。在產(chǎn)生空氣渦流比較普遍的條件下，對于灼熱的金屬而言，建議不要采用超聲波傳感器進行檢測，因為對失真變形的聲波的回聲進行計算是非常困難的。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

5．超聲波傳感器的檢測方式根據(jù)被檢測對象的體積、材質(zhì)，以及是否可移動等特征，超聲波傳感器采用的檢測方式有所不同，常見的檢測方式有以下4種。1）穿透式發(fā)送器和接收器分別位于兩側(cè)，當(dāng)被檢測對象從它們之間通過時，根據(jù)超聲波的衰減（或遮擋）情況進行檢測。2）限定距離式發(fā)送器和接收器位于同一側(cè)，當(dāng)限定距離內(nèi)有被檢測對象通過時，根據(jù)反射的超聲波進行檢測。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

5．超聲波傳感器的檢測方式根據(jù)被檢測對象的體積、材質(zhì)，以及是否可移動等特征，超聲波傳感器采用的檢測方式有所不同，常見的檢測方式有以下4種。3）限定范圍式發(fā)送器和接收器位于限定范圍的中心，反射板位于限定范圍的邊緣，并以沒有被檢測對象遮擋時的反射波衰減值作為基準(zhǔn)值。當(dāng)限定范圍內(nèi)有被檢測對象通過時，根據(jù)反射波的衰減情況（將衰減值與基準(zhǔn)值比較）進行檢測。4）回歸反射式發(fā)送器和接收器位于同一側(cè)，以被檢測對象（平面物體）作為反射面，根據(jù)反射波的衰減情況進行檢測。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建一、超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

本任務(wù)的超聲波傳感器檢測模型主要由超聲波傳感器、超聲波傳感器接口盒和超聲波傳感器檢測模型組件，如圖10-1-4所示。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、超聲波傳感器檢測模型圖10-1-4超聲波傳感器檢測模型任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器本任務(wù)所使用的超聲波傳感器如圖10-1-5所示。它需外接DC24V電源進行供電，檢測距離為100～1000mm，檢測頻率為224kHz，輸出方式為0～10V模擬量、開關(guān)量，開關(guān)量可設(shè)定為NPN或PNP，支持Teach-in示教，適用于循環(huán)控制、卷徑測量、厚度測量、定位等。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、超聲波傳感器檢測模型圖10-1-5超聲波傳感器任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器1）超聲波傳感器面板按鍵超聲波傳感器面板上有2個按鍵，分別為示教按鍵（MODE）和模擬量按鍵（ANALOG），同時有5個指示燈，分別為電源指示燈（POWER）、信號燈（SIGNAL）、輸出燈（OUTPUT）、回波信號較強信號燈（FAST）、回波信號較弱信號燈（SLOW），如圖10-1-6所示。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、超聲波傳感器檢測模型圖10-1-6超聲波傳感器面板示意圖任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器1）超聲波傳感器面板按鍵超聲波傳感器指示燈的意義如表10-1-1所示。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、超聲波傳感器檢測模型任務(wù)1超聲波傳感器檢測模型的電氣連接與參數(shù)設(shè)置

1．超聲波傳感器2）超聲波傳感器電路連接圖超聲波傳感器共有5根電纜線，分別是棕色線、白色線、藍色線、黑色線、灰色線，其中，棕色線連接DC24V電源，藍色線連接DC0V電源，黑色線連接開關(guān)量（本任務(wù)未采用），白色線連接PLC模擬量輸入端，灰色線為遠程示教線（本任務(wù)未采用）。圖10-1-7所示為超聲波傳感器電路連接圖。項目10超聲波傳感器檢測系統(tǒng)的搭建二、超聲波傳感器檢測模型圖10-1-7超聲波傳感器電路連接圖1—棕色