Ultraschall in der Tierwelt

Mit dem Ultraschallprinzip arbeiten unsere Distanz- und Näherungssensoren. Wir verwenden Ultraschallfrequenzen, das heißt Frequenzen über 20 kHz, da diese in der Natur selten vorkommen und dadurch die Sensoren nicht gestört werden. Zudem hört der Mensch keine solch hohen Frequenzen. Sie sind übrigens auch völlig unschädlich, da die Schallenergie extrem klein ist. Industrielle Ultraschallsensoren arbeiten bei Frequenzen von ca. 80….400 kHz, je nachdem, welche Charakteristik der Sensor haben soll. Je größer die geforderte Messdistanz ist, desto tiefere Frequenzen müssen angewendet werden.

Vereinzelte Lebewesen bedienen sich auch der Ultraschalltechnik zur Orientierung. Dies sind vor allem der Delfin (im Wasser) und die Fledermaus (in der Luft)  sowie unsere Sensoren. Beide haben schlecht ausgeprägte Sehorgane und senden Ultraschallwellen bis 200 kHz aus. Auch einige andere Lebewesen hören Frequenzen über 20 kHz, allerdings ohne dass es ihnen  einen Nutzen für die Orientierung bringt:

Mensch 20 khz, Hund 50 kHz, Katze 60 kHz, Heuschrecke 95 kHz, Grille 100 kHz, Spitzmaus 115 kHz

Der Delfin sendet und empfängt Ultraschallwellen im Wasser, um Hindernisse und Beutetiere zu detektieren. Da die akustische Impedanz des Wassers über 3000 mal höher ist als die der Luft, reichen sowohl die tierischen als auch die von der Technik erzeugten Sonarwellen im Wasser viel weiter als in der Luft.

Da hat es die an der Luft lebende Fledermaus schwerer. Ihre hochfrequenten Schallwellen reichen nicht so weit. Sie hat aber auch das am weitesten entwickelte Ultraschall-Ortungssystem. Die hohe Frequenz ermöglicht ihr eine besonders feine örtliche Auflösung. Die Ultraschallschreie werden bei Fledermäusen im Kehlkopf erzeugt und durch den Mund nach außen abgegeben. Treffen die ausgesendeten Wellen auf einen fliegenden Körper, z. B. ein kleines Beutetier, so werden sie reflektiert und gelangen zurück zu den Ohren, welche als Schallsignalempfänger dienen. Die Hörorgane der Fledermäuse müssen zu extrem guter Schallanalyse imstande sein. Man geht davon aus, dass auf Grund von nur Mikrosekunden kurzen Laufzeitunterschieden zwischen dem linken und rechten Ohr ein dreidimensionales Hörbild entsteht. Dadurch kann sich die Fledermaus mit ihren Ohren im absolut dunklen Raum so orientieren wie wir mit den Augen bei Tageslicht.

Einmal mehr müssen wir Techniker uns von der Natur geschlagen geben.

http://www.waycon.de/ultraschallsensor.html

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Ultraschallsensoren detektieren Paletten

In automatischen Anlagen werden Paletten beladen, verpackt und in die Spedition geführt. Hier im Beispiel sind sie mit Baustoffplatten beladen. Die Paletten werden auf Rollen gefördert. Sie müssen vor den jeweiligen Arbeitsstationen positionsgenau erkannt werden. Dazu werden Ultraschall-Näherungssensoren der Baureihe UX-Micro  verwendet. Sie sind verschmutzungsunempfindlich und detektieren praktisch alle Arten von Materialien unabhängig von Farbe und Oberfläche.

Ultraschallsensoren der Firma WayCon

Ultraschallsensoren zur Füllstandsmessung von Holzschnitzeln

Holzschnitzel- oder Holzpellet-Heizungen sind moderne CO2 -neutrale Biomassen-Heizsysteme, sowohl für private als auch großindustrielle Anlagen. Da der volumenmäßige Heizstoffverbrauch im Vergleich zu flüssigen Brennstoffen relativ groß ist, ist die Kenntnis des aktuellen Füllstands besonders wichtig. Bei großen Industrie-Heizöfen muss zudem die Zufuhrmenge geregelt und somit gemessen werden. Herkömmliche simple Füllstandsmessgeräte sind wegen der schmutzigen und staubigen Umgebung in einem Holztank oder auf einem Schnitzel-Förderband oft überfordert. Ultraschallsensoren hingegen messen auch bei staubiger Luft und verschmutzter Membrane weiter zuverlässig und berührungslos. Holzpellets sind gepresstes Sägemehl ohne Zusatzstoffe. Sie sind besonders für private Heizungen geeignet. Hackschnitzel werden vor allem in der Landwirtschaft und Industrie verwendet, wo Holzabfälle fast kostenlos zur Verfügung stehen. Für diese Anwendung geeignete Ultraschallsensoren sind die UFA oder die UN Serie.

UN ultrasonic sensors used in vegetable cleaning process

Vegetable cleaning process

Fresh vegetables from the field must be cleaned quickly in large quantities, packaged and transported to the supermarket. At first a lot of dirt sticks on the carrots. They are cleaned in water baths and then brushed clean with mechanical rotational brushes. They are then weighed accurately and packed in plastic bags.

Compact ultrasonic sensors of the UN series from Waycon Positionsmesstechnik can be used here for two purposes. First, the level of the water bath is controlled by a sensor. Before the brushing machine two UN sensors are mounted with synchronization. They measure the level of the feed hopper and control the conveyor belt in a way that the brushing machine is always properly loaded. The environment is very rough. A lot of water, soil and carrot skin is splashing around. The UN sensors are IP67 waterproof and mechanically very robust. They work even with heavily polluted diaphragm.

Ultraschallsensor für eine Abfüllanlage für Cocktails

Anwendung:
Für den Aufbau einer Abfüllanlage für die Mischung von Flüssigkeiten wird ein Füllstandssensor, der an eine SPS angebunden wird verwendet. Dazu besitzt der Sensor ein analoges Ausgangssignal. Die Abfüllanlage wird zur Mischung von Cocktails verwendet. Die Pumpen für die Zutaten hierfür sollen von der SPS angesteuert werden. Diese vergleicht dazu ständig das Signal des Füllstandssensors mit dem gewünschten Füllstand. Der Füllstand muß permanent an die SPS übertragen werden. Das Glas, in welchem der Füllstand gemessen werden soll, ist ein handelsübliches Cocktailglas (mit 6-8 Seiten). Es ist ca. 15cm hoch und hat einen Durchmesser von etwa 8cm. Es steht dazu auf einem Förderband. Der Sensor kann senkrecht über dem Glas positioniert werden, darf die Flüssigkeit jedoch nicht berühren.

Lösung: Ultraschall-Abstands- und Nährungssensor UFA-150 FB

Einsatz von Ultraschallsensoren in Dampfbädern

UltraschallsensorenDas feuchtwarme Verfahren des Römischen Dampfbades ist sehr alt. Schon unsere Urahnen ließen es sich in „Steinschwitzbädern“ gut gehen. Kelten, Angelsachsen und Germanen machten auf die nordische Art Dampf. Griechen, Römer, Perser und Türken entwickelten hingegen eine mediterrane Dampfkultur.

Dampf: das ist die Ideale. Wunderbar weich befreit er die Atemwege, hilft bei Heuschnupfen, Erkältung und Bronchitis. Dampf geht unter die Haut, reinigt und pflegt sie. Dampf entspannt und entkrampft. Die Seele atmet auf – im Römischen Dampfbad.

Für Saunabetreiber ist der Einsatz von Ultraschallsensoren einen Notwendigkeit, um die An- und Abschaltung des Dampfstrahls zu garantieren. Personen werden vom Sensor erkannt und der Dampstrahl wird aktiviert. Die Kombination von Wärme und Feuchtigkeit stellt keinerlei Behinderung für den Ultraschallsensor. Die Sensoren arbeiten berührungslos und sind durch ihre Gehäuseausführung sowie die Schutzklasse IP67 unempfindlich gegen Wasser, Schmutz, Staub und Chemikalien. Selbst kleine Körper können noch zuverlässig detektiert werden.

Ultraschall-Sensor für Tiererkennung

Ultraschall-Sensoren werden in der Industrie zur Distanzmessung und als Näherungsschalter eingesetzt. Ihre Vorteile gegenüber optischen, induktiven und kapazitiven Sensoren spielen sie durch folgende Eigenschaften aus:

Messung unabhängig von Material, Oberfläche, Farbe und Grösse des Zielobjekts.

Arbeiten bei Staub, Schmutz, Nebel, Licht.

Abtastung transparenter und glänzender Objekte.

Flächenförmige Abtastung (und nicht nur punktförmig)

Dadurch können mit Ultraschall so unterschiedliche Materialien wie Metalle, Kunststoffe, Holz, Flüssigkeiten, Granulate, Pulver, Lebensmittel etc. detektiert werden. Oder eben auch Menschen und Tiere. Ob das Objekt transparent ist, spielt keine Rolle. So polyvalent sind praktisch nur Ultraschall-Sensoren. Es heisst, dass Ultraschall-Sensoren vor allem dann eingesetzt werden, wenn alle anderen Methoden versagt haben. Daraus sind unzählige Anwendungen in den Hauptgebieten Niveauüberwachung, Regelung, Zählen und Erfassen sowie Geometrieerfassung entstanden. Die Messbereiche liegen je nach Bauart zwischen wenigen Millimetern und mehreren Metern. Die Sensoren werden meistens in Maschinen oder Anlagen eingebaut.

Für eine Ranch wurden Ultraschall-Sensoren mit besonders hoher Detektionskraft ausgesucht. Die UN-Baureihe von WayCon Positionsmesstechnik hat eine hohe Sendeleistung. Das ist wichtig, wenn so unregelmässige (Fell, Mähne) und bewegte Objekte wie Tiere erfasst werden sollen. Mit optischen oder anderen Sensoren wäre das nicht möglich. Ultraschall wird hingegen von praktisch allen Oberflächen reflektiert. Zudem ist der Sensor robust und unempfindlich gegen Schmutz. Er wird auch bei automatisierten Kuhställen erfolgreich eingesetzt.