一種超聲波傳感器在自動扶梯行業(yè)的應(yīng)用

　　前言：

　　隨著社會自動化程度越來越高，人們更傾向于選擇更多地代步工具，因此在上下樓道間取代樓梯的自動扶梯應(yīng)用越來越廣，包括地鐵、機場、賣場、酒店、過街地道和人行天橋等場合。以前的普通型扶梯無探測裝置，無法判斷是否有人乘坐，其扶梯是一直保持不斷運行的狀態(tài)，帶來了不少能源的浪費。在如今國家大力提倡節(jié)能的要求下，已經(jīng)逐漸不能滿足業(yè)主的要求了，因此變頻電梯應(yīng)運而生，而這種電梯最大的特點就是在入口處會檢測人員接近，在探測到有人乘坐時處于正常速度，而沒人時處于慢速或停止狀態(tài)，以達到節(jié)能功效。因此，一種能可靠判斷人體是否接近的傳感器裝置就顯得非常重要了。

　　邦納公司是美國一家聞名于世的傳感器制造商。其產(chǎn)品可廣泛用于全球各類自動化設(shè)備上，遍及港口，印刷，物流，包裝，電子，軌道交通等行業(yè)，卓越的性能更使得其產(chǎn)品適應(yīng)地球上不同地方的環(huán)境。已成為北美銷量第一，全球銷量第二的傳感器廠商。

　　在自動扶梯行業(yè)探測裝置，邦納公司解決方案推薦一款針對扶梯領(lǐng)域設(shè)計的超聲波傳感器產(chǎn)品—邦納T30UX超聲波傳感器。該超聲波傳感器系列是邦納T30U 超聲波傳感器系列的一個擴充產(chǎn)品，全新的T30UX超聲波傳感器具有T型緊湊型結(jié)構(gòu)，抗電磁及射頻干擾，更小的盲區(qū)和更遠檢測距離，并且其大范圍的操作溫度及內(nèi)置溫度補償電路，使其可應(yīng)用于各種惡劣的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境。其卓越的性能參數(shù)足以讓用戶再也不用擔心該環(huán)節(jié)會有任何失誤。以下詳細地介紹這款產(chǎn)品在自動扶梯上的安裝使用說明以及調(diào)試方法。

　　這款產(chǎn)品的特點：

　　1. 固定區(qū)域超聲波檢測，只對距離敏感，能可靠探測區(qū)域內(nèi)各種顏色(包括黑色)物體，同時屏蔽區(qū)域外物體，避免誤判斷。

　　2. 探測距離可按鍵設(shè)定，電路能自動識別和判斷，3次按鍵即可完成。

　　3. 工作溫度:－40°C ～70°C，并內(nèi)置溫度補償電路，減少溫度梯度變化影響傳感器測量。

　　4. 最大檢測距離有1，2，3 米，開關(guān)量和模擬量型號可選。

　　5. 大范圍操作，發(fā)散角可達30度，可靠覆蓋人體有效部位，盲區(qū)小，最小距離100mm。

　　6. 不受灰塵和雨水影響，MTBF時間可達10萬小時。

　　7. 增強EMC 及RFI，抗干擾強；IP67 防護等級，抗沖擊，抗振動。

　　8. 發(fā)射接收一體化設(shè)計，不需要額外安裝控制器，直徑30的圓柱式螺紋，安裝調(diào)試更加方便。

　　9. 按鍵鎖定及指示燈功能；遙控Teach-in 示教功能，并有流程表指導(dǎo)操作。 
T30UX超聲波傳感器工作原理：

　　在自動扶梯出入口每一側(cè)扶手帶的下面安裝一個超聲波傳感器T30UX，利用發(fā)射的超聲波照到人體身上，并接受到反射的聲波，就可以在扶梯入口處探測到乘客之后發(fā)出一個NPN/PNP或者繼電器信號。從而為扶梯執(zhí)行機構(gòu)（電機驅(qū)動系統(tǒng)）提供準確的運行指令，達到有乘客時運行，無乘客時切換至節(jié)能狀態(tài)：

　　以標準型標稱功率11.7KW 扶梯為例 運行速度 功耗

　　滿速空載狀態(tài) 0.5 米/秒 3.2KW

　　低速節(jié)能狀態(tài) 0.2 米/秒 1.1KW

　　停運節(jié)能狀態(tài) 0 米/秒 0 KW

　　為了確保每一個從不同方向走過來的乘客都能被探測到，需要將傳感器的安裝位置朝向扶梯的內(nèi)側(cè)，這樣就可以使兩道超聲波產(chǎn)生交匯，扶梯入口前方形成一個無盲區(qū)的探測帶。通過T30UX背部的按鍵調(diào)節(jié)，可以設(shè)定感應(yīng)范圍，并且會產(chǎn)生一個等腰三角形形狀的探測光束區(qū)域。一旦有行人朝扶梯入口處走來，如圖1所示，就可以被聲波感應(yīng)到。

　　通常國家規(guī)定了自動扶梯入口檢測的最小距離為1.3米（即電梯梯級到乘客的直線距離），本方案選擇超聲波量程為2米的型號，圖2是簡單的安裝示意圖：

　　其中，X為傳感器到乘客的距離，Y為乘客探測有效部位。

　　假設(shè)目前設(shè)定好超聲波傳感器的探測距離為1.5米（即屏蔽1.5米以外的物體），同時要考慮到有乘客從側(cè)面進入電梯入口，這時候乘客距離傳感器才30mm。

　　所以設(shè)定X的取值范圍：1.5米 >X >0.3米，傳感器發(fā)射角為30度，Y=X * tan30，可以計算出Y的同幅度范圍：0.87米>Y >0.17米，即對人體的腿部和腳部進行探測，由于超聲波傳感器能可靠檢測深色物體，而乘客的褲子和鞋子通常都以深色為主，以前采用光電傳感器不能可靠檢測的部位，現(xiàn)在有了超聲波就可以完全解決了。

　　現(xiàn)場安裝操作流程和注意事項：

　　1. 根據(jù)扶梯的結(jié)構(gòu)尺寸，開25mm直徑圓孔并固定，不需要額外安裝支架。

　　2. 確保傳感器前沒有遮擋物體，建議超聲波探頭（陶瓷壓片）離機構(gòu)開孔距離3-5mm。

　　3. 調(diào)整并安裝信號電源接線（標準2米長），避免陶瓷片和連接線有損傷。

　　4. 探測距離可按照說明書的步驟3次按鍵設(shè)定，建議設(shè)定最大距離1.5m，最小距離30mm。

　　5. 安裝時，可根據(jù)具體環(huán)境適當向上調(diào)整仰角15-20度，向內(nèi)傾斜10-15度，具體見圖1和圖2的角度說明

　　6. 現(xiàn)場安裝完畢后可離線遠程調(diào)試，方便維修人員操作，具體見說明書遠程示教功能。

　　以上數(shù)據(jù)僅供參考，具體的支架設(shè)計尺寸根據(jù)不同的梯型來確定。

　　邦納第二代超聲波傳感器T30UX技術(shù)參數(shù)及尺寸圖：

　　T30UX產(chǎn)品參數(shù)表

　　總結(jié)：

　　超聲波傳感器在工業(yè)上和民用上的應(yīng)用正快速發(fā)展，這項曾經(jīng)十分昂貴而且精準度不高的技術(shù)如今已經(jīng)變得簡單易用，精度高且費用低廉。而如今，超聲波傳感器已經(jīng)成了一個常規(guī)設(shè)備在過程控制中提高產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)用在檢測次品，確認出現(xiàn)或者消失和其他一些領(lǐng)域。這種傳感器同樣可以提高生產(chǎn)力，它可以減少廢料，避免由于零件損壞造成的停工。未來在此項技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)此類產(chǎn)品的發(fā)展仍將延續(xù)這種趨勢，這是一項挑戰(zhàn)，已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)達成共識，那就是超聲波傳感器不光光在所有的制造領(lǐng)域內(nèi)（包括質(zhì)量控制，過程控制和檢測），而且在相當一部分民用設(shè)備上俱有極大的發(fā)展?jié)摿Α?nbsp;
附：超聲波傳感器選型要點：

　　1.范圍和尺寸

　　被檢測的物體的尺寸大小會影響超聲波傳感器的最大有效范圍，傳感器必須探測到一定級別的聲波才能被激勵輸出信號，一個較大的物體可以將大部分聲波反射給傳感器，所以傳感器可以在它的最大限度內(nèi)對此物體進行感應(yīng)，而一個小物體只能反射很少的聲波，這樣就明顯地減小了感應(yīng)的范圍。

　　2.被測物

　　能運用超聲波傳感器進行檢測的最理想的物體應(yīng)該是大型、平坦、高密度的物體，垂直放置面對著傳感器感應(yīng)面。最難檢測的是那些面積非常小，或者是可以吸收聲波的材料制作的，比如泡沫塑料，或者是傾斜面對著傳感器的。一些比較困難被檢測的物體可以先對物體的背景表面進行示教，再對放在傳感器和背景之間的物體作出反應(yīng)。用于液體測量時需要要液體的表面垂直面對超聲波傳感器，如果液體的表面非常不平整，那么傳感器的響應(yīng)時間要調(diào)的更長一些，它會將這些變化做個平均，可以比較固定的讀取。

　　在Retrosonic模式下使用超聲波傳感器使得探測不規(guī)則物體也成為可能，在retrosonic模式下，超聲波傳感器可以先探測一個平整的背景，如一面墻，當任何物體通過傳感器和墻之間的時候，就會阻礙聲波，傳感器感應(yīng)到了中斷，便會意識到出現(xiàn)了物體。

　　3.振動

　　無論是傳感器本身還是周圍機械的振動，都會影響距離測量的精確度，這時可以考慮采取一些減震措施，例如：用橡膠的抗震設(shè)備給傳感器做一個底座，可以減少振動，用固定桿也可以消除或者最大程度的減少振動。

　　4.衰減

　　當周圍環(huán)境溫度緩慢變化的時候，有溫度補償?shù)某暡▊鞲衅骺梢宰龀稣{(diào)整，但是如果溫度變化過快，傳感器將無法做出調(diào)整。

　　5.誤判

　　聲波可能會被附近的一些物體反射，比如導(dǎo)軌或者固定夾具，為了確保檢測的可靠性，必須減少或者排除周圍物體對聲波反射的影響，為了避免對周圍物體的錯誤檢測，許多超聲波傳感器都有一個LED指示器來引到操作人員進行安裝，來確保這個傳感器被正確的裝好，減少出錯的風險。