Ultraschallsensoren funktionieren auf Basis der Schallausbreitung in unterschiedlichen Medien. Die Schallgeschwindigkeit, Dämpfung, Reflexion und Streuung sind medienbedingt sehr unterschiedlich. Sie müssen für präzise und zuverlässige Messungen berücksichtigt werden. Geräte der PiL Sensoren GmbH basieren auf dem Prinzip der Laufzeitmessung des Ultraschalls in der Luft. Die Sensoren funktionieren mit einem Ultraschallwandler, der zum Senden und Empfangen kodierter Ultraschallsignale dient. Treffen diese gesendeten Schallwellen auf ein Objekt, werden sie reflektiert und kehren zum Ultraschallwandler zurück. Der Sensor vergleicht die Zeit, welche die Schallwellen benötigen, um zum Sensor zurückzukehren (Laufzeitmessung). Mit der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft (ca. 343 m/s bei 20°C) kann so die Entfernung zum Objekt ermittelt werden. Das Meßergebnis wird als Abstands - proportionales, analoges oder digitales Ausgangssignal ausgegeben.

Die Messrate eines Ultraschallsensors gibt an, wie oft der Sensor pro Sekunde Messungen durchführt. Sie wird in Hertz (Hz) angegeben. Eine hohe Messrate ermöglicht bessere Reaktionszeit und schnellere Aktualisierung der Messwerte. Ideal für dynamische Anwendungen, bei denen sich die Objekte schnell bewegen. Die Reichweite ist durch eine hohe Abtastrate auf Messbereiche bis ca. 2 Meter eingeschränkt. Eine niedrige Messrate erhöht die Reichweite des Sensors auf bis zu 10 Meter und eignet für statische oder langsam bewegende Anwendungen.

Der Öffnungswinkel der Schallkeule gibt die 3-dB-Grenze an und beeinflusst maßgeblich die Einsatzmöglichkeiten und Leistung des Sensors. Im Nahbereich können auch außerhalb dieses Öffnungswinkels Objekte erkannt werden. Bei maximalem Abstand muß das Objekt genau auf der Schallachse liegen. Objekte, die nicht erfaßt werden sollen, müssen deshalb so weit wie möglich außerhalb der Schallkeule liegen. Falls dies nicht möglich ist, können schalldämmende Materialien oder Ablenkbleche Abhilfe schaffen. Auch die Verwendung von Umlenkvorrichtungen mit fokussierendem Reflektor helfen die Schallkeule einzuengen. Ein kleinerer Öffnungswinkel ermöglicht präzisere und weiterreichende Messungen, jedoch in einem eingeschränkteren Bereich.

Die Blindzone von Ultraschallsensoren bezeichnet den Bereich zwischen 30 und 800 mm direkt vor dem Sensor, in dem der Sensor keine präzisen Signalauswertungen durchführen kann. Die Blindzone entsteht aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Ultraschallsignals und der Zeit, die das Signal benötigt, um sich auszubreiten und zum Sensor zurück zu gelangen. In der Blindzone ist der Abstand so kurz, dass der Sensor zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Signal nicht unterscheiden kann. Die genaue Größe der Blindzone ist in den Datenblättern des jeweiligen Sensors angegeben und muss bei dem Einsatz der Ultraschallsensoren berücksichtigt werden, um präzise und fehlerfreie Messungen zu erreichen.

Alle Angaben über Wiederholgenauigkeit und Hysterese von Ultraschallsensoren beziehen sich auf axiale Objektbewegungen. Nähert sich ein Objekt dem Sensor aus größerer Entfernung, so schaltet der Ausgang bei dem eingestellten Sollwert ± der angegebenen Wiederholgenauigkeit. Entfernt sich das Objekt vom Sensor, schaltet der Ausgang in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Dies geschieht bei einem Abstand, der gleich der Summe aus eingestelltem Sollwert und angegebener Hysterese ± der Wiederholgenauigkeit ist. Bewegt sich ein Objekt seitlich in die Schallkeule hinein, steigt die Echostärke. Ist die Meßschwelle des Sensors erreicht, wird der Ausgang aktiv. Diese Position hängt von den Eigenschaften des Objekts und seiner Entfernung zum Sensor ab. Sie kann nur experimentell ermittelt werden.