Лазерные датчики контроля расстояния

Датчик расстояния — это устройство, которое используется для измерения длины, высоты и ширины объекта. Для удобства датчик встраивают в корпус, программируют его и придают компактный вид. Таким образом создается дальномер, который широко используется во многих сферах.

Виды датчиков

На рынке можно найти несколько основных видов датчиков расстояния, самыми популярными считаются:

Где используются датчики

В основном лазерные датчики расстояния используются в строительной сфере для замеров расстояния между объектами, но им можно найти множество применений. К примеру, датчики расстояния могут помочь в обустройстве умного дома. Установив и, настроив датчик определенным образом, можно автоматизировать включение и выключение света в комнате или сделать автоматическое открытие или закрытие дверей и так далее.

Также подобный датчик установлен в каждый современный смартфон, с его помощью выключается экран, как только смартфон близко подносится к уху во время разговора. Датчики расстояния часто устанавливают в капот и бампер машины, чтобы облегчить парковку и получать данные о препятствиях на пути автомобиля в реальном времени.

Данные датчики измерения расстояния можно приобрести в отдельном виде, но без программируемого микроконтроллера они почти бесполезны. Поэтому покупать их по отдельности разумно только для решения узкого спектра задач. Для подключения датчиков обычно используется микроконтроллер «Ардуино», который необходимо вручную настраивать и прошивать для работы с определенным типом датчиков.

Для тех, кто не хочет углубляться в основы программирования платформы «Ардуино» и радиотехники, рекомендуется купить готовый вариант в виде строительного дальномера.

Что такое дальномер

Дальномер — это компактный девайс, который пришел на смену строительным рулеткам. Данный прибор способен моментально выполнить точные замеры, проводить сложные расчеты, но главный плюс — это то, что его может использовать один человек, без помощи напарника, который держит один конец рулетки.

Существует множество формфакторов и вариантов исполнения данного девайса, но обычно это небольшое устройство, которое помещается в ладонь. Дальномер имеет встроенный аккумулятор что позволяет ему работать долгое время без подзарядки. На корпусе устройства расположен дисплей, на который выводится основная информация о текущем состоянии устройства, а также о результатах замеров. На торце имеется излучатель и приемник, благодаря которым осуществляются измерения.

Лазерные дальномеры активно используются в строительстве и во время монтажных работ. Устройство способно проводить точные измерения с погрешностью 1–3 мм на 10 метров, в зависимости от технических характеристик модели.

Дальномеры делятся на две группы:

• Активные модели — определяют расстояние при помощи звукового, лазерного или светового луча. После выпуска луча он отражается от препятствия и направляется обратно в дальномер. Датчик, который улавливает сигнал проводит вычисления, и выдает результат на дисплей.
• Пассивные модели — работают на основе формулы равнобедренного треугольника, где нужное расстояние это высота h, а длина основания неизвестна. Пассивные устройства активно используются в геодезии, спорте, охоте и там, где минимальные измерения начинаются от 0.5 км и могут доходить до нескольких километров. Для работ, где важна точность измерений вплоть до сантиметра такие устройства не подходят.

Приобретать дальномеры нужно в зависимости от того для какой деятельности он будет использоваться.

Конструкция дальномеров

Визуально большинство устройств схожи с мобильным телефоном на верхушке которого расположен лазерный излучатель. Бюджетные устройства обычно оборудованы LED-дисплеем с подсветкой, на котором может расположиться от одной до четырех строк с данными.

Профессиональные устройства оснащены жидкокристаллическими дисплеями и поддерживают несколько тысяч цветов. Такие устройства имеют проработанный интерфейс, внутреннею память и иногда встроенную камеру.

На любой модели снизу экрана расположены кнопки управления, их количество может варьироваться от 2–10 и более в зависимости от типа устройства. Почти на всех моделях, чтобы начать проводить замеры нужно нажать центральную кнопку, которая выделена красным цветом. Продвинутые аппараты со встроенной памятью могут сохранять последние расчеты и проводить сложные вычисления площади помещения и так далее.

В зависимости от цены аппарат может быть в пластиковом корпусе, а может быть в защитном чехле, который будет надежно защищать дальномер от падений.

Функционал устройства

Функционал бюджетных моделей как правильно органичен лишь измерением дальности. Но аппараты среднего ценового диапазона уже включают в себя множество полезных функций, среди которых:

• Определения периметра и площади.
• Вычисление объема измеряемых объектов.
• Встроенный уровень.
• Передача данных.

И это далеко не весь список возможностей качественных дальномеров. С повышением цены на устройство растет и его функционал. Профессиональный дальномер — это важнейший инструмент для строителя, без которого невозможно качественно завершить проект.

При выборе дальномера нужно опираться на то, чтобы в него была встроена возможность:

• Считать площадь и объем. Данные показатели вычисляются путем измерения нескольких граней. Функция полезна во время проведения отделочных работ, она облегчает расчет количества строительных материалов.
• Уровень — используется в самых разнообразных целях. Девайс может быть оснащен простым уровнем, выполненным в роли ватерпаса, который расположен на корпусе или в качестве функциональной программы, которая выводит градус наклона на дисплей.
• Однотипные скобы — позволяют проводить диагональные измерения из углов, в которых невозможно плотно зафиксировать девайс. Некоторые датчики дистанции оборудованным выдвижными штырями, которые расположены внутри корпуса.
• Сохранения данных — данная функция существенно облегчает работы, где нужно проводить много параллельных замеров и избавляет от необходимости записывать данные об площади и объеме объектов на бумагу. Возможность в любой момент посмотреть результаты прошлых замеров также могут быть полезны при выборе стройматериалов, когда в магазине нужно четко ориентироваться по размерам комнаты.
• Передача накопленных данных. Передача данных на другое устройство обычно происходит с помощью USB кабеля, но дорогие модели имеют встроенный блютуз. Все измерения могут передаваться в виде текстового файла или картинки. Также полученные данные с помощью специальной программы можно удобно преобразовать в точный чертеж помещения.
• Непрерывное изменение — данная функция превращает девайс в лазерную рулетку, которая показывает расстояние до препятствия в режиме реального времени. Такая функция поможет отмереть часть необходимой длины и проверить неровность покрытий, на которые дальномер установлен.
• Визир — имеет вид небольшого оптического прицела, который используется для точного наведения измерительного луча на необходимый объект, расположенный вдали. В профессиональных моделях визир имеет вид камеры и выводит на экран прибора картинку с перекрестием или точкой для удобного прицеливания.
• Измерение высоты — функция позволяет получить данные об высоте потолка, дома и другого высокого объекта. Измерение происходит таким образом — нужно отмерять расстояние от девайса до основания объекта и до конечной точки. Далее полученные данные обрабатываются устройством и на дисплей выводиться результаты измерений.

Данный набор функций актуален для строителей. Если лазерный дальномер покупается для бытовых целей или небольшого ремонта, можно ограничиться недорогой моделью без множества функций.

Как использовать дальномер

Задача дальномера — это упростить и ускорить процесс измерения. Производители выпускают девайсы с интуитивно понятным интерфейсом, поэтому разобраться какая кнопка за что отвечает не трудно. Для облегчения изучения основных функций нового девайся в комплекте с каждым устройством идет детальная инструкция, в которой разобраны все аспекты использования дальномера.

В независимости от модели дальномера на его корпусе будет расположены минимум 2 кнопки:

• Для старта измерения.
• Для очистки данных.

Чем дороже аппарат, тем больше кнопок он имеет. Дорогие модели оборудованы кнопками навигации по интерфейсу. Обычно на каждую кнопку нанесена гравировка, изучив которую можно понять за что клавиша отвечает.

Главный фактор, который объединяет все модели дальномеров заключается в принципе использования девайса. Нулевая точка для каждого аппарата установлена на нижний торец корпуса или на выдвижные штыри.

Провести замеры можно таким образом:

• Аппарат прикладывается к стене задним торцом.
• Лучи должны смотреть в сторону измеряемого расстояния.
• Далее нужно нажать кнопку «Измерения».
• После чего данные об расстоянии будут выведены на дисплей.

В зависимости от модели тип действий может отличаться.

Плюсы и минусы использования

Лазерные дальномеры широко используются в сфере строительства благодаря своим основным плюсам:

• Большая рабочая дальность. В зависимости от стоимости и типа, девайс способен почти без погрешности работать на расстояниях более сотни метров.
• Удобство юстировки. Данный плюс обусловлен тем, что лазерное пятно хорошо видно на любой поверхности.
• Защита от засветов. Испускаемый луч имеет узкий монохромный спектр, который исключает случайное срабатывание. Приемник сигнала будет реагировать только на попадание в него отраженного лазера.
• Защита от помех. Датчик функционирует только в импульсном режиме, поэтому на него не воздействуют условия внешней среды.
• Низкое потребление энергии. На одной зарядке датчик может произвести несколько сотен измерений.

К минусам можно отнести достаточно высокую стоимость даже простых моделей. Но обычные датчики без микроконтроллера стоят в несколько раз дешевле и при наличии навыков программирования и пайки можно собрать собственный дальномер.

Заключение

Из данного материала вы узнали, что такое датчики расстояния, какие они бывают и как они работают. Лучший вариант — это купить готовый дальномер, который подойдет для решения любых задач, связанных с измерением площади и дальности расположения объектов. Купить дальномер, можно практически в любом строительном магазине, а отдельные датчики продаются в магазинах радиотехники.

Видео по теме

Ультразвуковой датчик — это специальный инструмент, используемый для измерений в промышленной автоматизации. С его помощью можно измерять расстояние, высоту и уровень, а также определять положение в пространстве, обнаруживать наличие объектов и даже подсчитывать их по отдельности. Благодаря этому, УЗ-прибор имеет широкое применение в промышленности. Однако есть некоторые условия, которые могут мешать устройству корректно выполнять задачу. Обо всем этом далее.

Общая информация об ультразвуковых датчиках

Прежде чем разбирать принцип работы конкретных устройств, стоит рассмотреть все аспекты работы ультразвукового датчика.

Принцип работы

Работа ультразвукового датчика заключается в том, что передатчик посылает ультразвуковую волну с частотой от нескольких десятков до нескольких сотен герц, направленную к определенному объекту. Когда волна встречает объект, она отражается от него и возвращается, попадая в приёмник. По времени, в течение которого волна преодолела путь, можно определить расстояние от объекта. В зависимости от типа устройства, это расстояние может варьироваться от нескольких сантиметров до 10 метров.

Генерируемое отражение принимается и преобразуется в электрический сигнал пьезоэлектрическим преобразователем. Прибор измеряет задержку между излучаемым ультразвуковым импульсом и полученным отражением, вычисляя расстояние до объекта, используя значение скорости звука. При комнатной температуре скорость распространения звука в воздухе составляет около 344 м/с.

Самоочищение ультразвукового датчика

В настоящее время, благодаря использованию передовых технологий, ультразвуковое устройство может действовать как датчик приближения, и как аналоговый измеритель расстояния. Большим преимуществом таких детекторов является то, что на их работу не влияют внешние условия окружающей среды, такие как туман, пыль, загрязнение воздуха. Кроме того, датчики также работают с прозрачными объектами, которые создают сильные отражения. Уникальная способность УЗ-устройства, заключается в том, что у них есть функция самоочищения, которой нет ни у каких других датчиков. Это связано с тем, что при передаче ультразвуковых волн, прибор сам настраивается на вибрацию (под воздействием высокочастотных звуков) и таким образом очищается от пыли и других загрязнений.

Диапазон измерения

Точность работы в первую очередь обусловлена диапазоном измерения. Прибор определяет интервал, при этом учитывая все значения, для измерения которых данное устройство предназначено. Основной принцип заключается в том, что измерения всегда более точны в среднем диапазоне, и менее точны ближе к предельным значениям. Диапазон измерения может быть соответствующим образом адаптирован к вашим потребностям. Современные устройства, как правило, имеют несколько различных диапазонов. Они указаны в спецификации продукта. Таким образом, вы можете выбрать нужный датчик для требуемых замеров.

Факторы, влияющие на диапазон измерения

Диапазон измерения УЗ-датчика зависит от свойств поверхности и угла установки объекта. Наибольший диапазон измерения можно получить для объектов с плоскими поверхностями, расположенными под прямым углом к оси датчика. Очень маленькие объекты или предметы, отражающие звук, частично сокращают дальность обнаружения. Объекты с гладкими поверхностями должны быть расположены как можно ближе к датчику, под углом 90°. Поверхности с неровной текстурой обеспечивают больший допуск к отклонению угла объектов.

Следует также учитывать воздействие окружающей среды. Наибольшее влияние на точность ультразвуковых датчиков оказывает температура воздуха. Относительная влажность и барометрическое давление также должны быть учтены.

Материалы, которые может обнаружить ультразвуковой датчик

УЗ-устройства обнаруживают практически все промышленные материалы из дерева, металла или пластика, независимо от их формы и цвета. Объекты могут быть твердыми, жидкими или порошкообразными. Единственным требованием является беспрепятственное отражение звуковых волн в сторону датчика. Однако некоторые объекты могут уменьшить рабочий диапазон устройства. Это объекты с большими, гладкими и наклонными поверхностями, либо с пористой текстурой, например, войлок, шерсть или строительная пена.

Режимы работы ультразвукового датчика

УЗ-прибор может работать в различных режимах. Количество доступных режимов зависит от производителя и программного обеспечения, используемого для управления работой прибора. Но, как правило, у всех устройств они примерно одинаковы.

В режиме непрерывной работы, звуковые волны отправляются циклически, через равные промежутки времени. При обнаружении объекта датчик передает показания на микроконтроллер. В режиме генерации одного импульса, датчик посылает один импульс и делает считывание. Некоторые датчики могут одновременно обнаруживать несколько объектов при работе в этом режиме (при этом каждое считывание записывается в структуру данных).

Стандартно, УЗ-датчики работают в активном режиме — генерируют звук, а затем ждут его отражения. Датчик, работающий в пассивном режиме, не генерирует звук, он прослушивает импульсы, излучаемые другими УЗ-устройствами.

Область применения ультразвуковых датчиков

Эти приборы используются не только для измерений, но и в качестве датчиков обнаружения, то есть, для обнаружения присутствия предметов в поле ультразвука. Таким образом, они могут иметь очень широкое применение в различных отраслях промышленности.

Элементы этого типа обычно используются в качестве датчиков движения, которые зажигают или гасят свет под воздействием движения в поле ультразвука. Точно так же действуют барьеры, применяемые в гаражных залах или на общественных парковках.

В промышленном производстве с их помощью можно контролировать, например, уровень наполнения резервуаров и количество продуктов, находящихся на производственных лентах. Традиционно ультразвуковые датчики также используются для контроля производства печатных плат, которые являются чрезвычайно важным компонентом как простых, так и сложных современных электронных устройств.

Большое количество преимуществ и универсальность этого устройства, делают потенциальный диапазон применения УЗ-датчиков практически неограниченным. Их потенциал в настоящее время не используется в полной мере, но, вероятно, по мере развития технологий он будет увеличиваться.

Принцип работы ультразвукового датчика расстояния

Ультразвуковой-датчик расстояния измеряет дистанцию, которая отделяет его от препятствия перед ним, с помощью звуковых волн, неслышимых для людей (с частотой более 18 кГц). Датчик издает звук, а затем прослушивает его возвращение, вызванное отскоком от препятствия. Время, затрачиваемое звуком на возвращение, дает информацию об его расстоянии от устройства.

Ультразвуковой датчик расстояния имеет два взаимосвязанных устройства: передатчик и приемник. Передатчик генерирует высокочастотные звуковые волны, а приемник прослушивает эхо, возникающее в результате отражения этих волн от препятствия. Датчик измеряет время, прошедшее с момента генерации сигнала, до получения его отражения. Затем время преобразуется в стандартные единицы расстояния, такие как метры и сантиметры. Длительность импульса пропорциональна расстоянию, пройденному звуком, а диапазон частот звука зависит от конкретного датчика. Например, промышленные ультразвуковые датчики используют частоту от 25 до 500 кГц.

Частота работы устройства обратно пропорциональна заданному диапазону расстояний. Звуковая волна с частотой 50 кГц может обнаруживать объект на расстоянии 10 м и более, а волна с частотой 200 кГц ограничивает максимальное расстояние обнаруживаемых объектов до 1 м., следовательно, волны с более низкими частотами могут использоваться для обнаружения объектов, расположенных на больших расстояниях, а волны с более высокими частотами могут использоваться для обнаружения объектов, расположенных ближе. Типичный дешевый ультразвуковой датчик работает в диапазоне от 30 до 50 кГц.

Работа ультразвукового уровнемера

Ультразвуковой датчик уровня устанавливается на верхнюю часть резервуара и передает импульс вниз. Этот импульс, движущийся со скоростью звука, отражается обратно в передатчик от поверхности жидкости. Передатчик измеряет временную задержку между переданным и принятым эхо-сигналом, а бортовой процессор устройства вычисляет расстояние до поверхности жидкости.

Ультразвуковой датчик уровня выполняет расчеты для преобразования расстояния прохождения волны в меру уровня в резервуаре. Промежуток времени между запуском звуковой очереди и получением обратного эха, прямо пропорционален расстоянию между датчиком и жидкостью в сосуде.

Частотный диапазон ультразвукового уровнемера находится в диапазоне 15–200 кГц. Низкочастотные приборы используются для более сложных применений, таких как большие расстояния и измерения уровня твердого тела, а высокочастотные — для более коротких измерений уровня жидкости.

Для практического применения ультразвукового датчика уровня, необходимо учитывать ряд факторов.

Вот несколько ключевых моментов:

• Скорость звука через среду (обычно воздух), изменяется в зависимости от температуры. Преобразователь может иметь датчик температуры для компенсации изменений рабочей температуры, которые изменяют скорость звука и, следовательно, расчет расстояния, определяющий точное измерение уровня.
• Наличие пены/пыли на поверхности жидкости может выступать в качестве звукопоглощающего материала. В некоторых случаях поглощение может быть достаточным, чтобы исключить использование ультразвукового метода. Для повышения производительности в тех случаях, когда пена/пыль или другие факторы влияют на перемещение волны к поверхности жидкости и от нее, некоторые модели могут иметь направляющую луча, прикрепленную к преобразователю.
• Экстремальная турбулентность жидкости может вызвать колебания в показаниях прибора. Использование регулировки демпфирования в ультразвуковом датчике уровня или задержки отклика, может помочь преодолеть эту проблему. Трансивер обеспечивает демпфирование для управления максимальной скоростью изменения отображаемого уровня материала и флуктуацией выходного сигнала. Демпфирование замедляет скорость отклика дисплея, особенно когда жидкие поверхности находятся в состоянии перемешивания.

Преимущества и недостатки ультразвуковых датчиков

• ультразвуковые передатчики легко устанавливаются на поверхности или на резервуары, содержащие жидкость;
• настройка проста, и эти устройства с возможностью бортового программирования могут быть сконфигурированы за считанные минуты;
• поскольку нет контакта со средой и движущихся частей, устройства практически не требуют технического обслуживания;
• поскольку устройство бесконтактно, измерение уровня не зависит от изменений плотности жидкости;
• изменения температуры изменят скорость ультразвукового импульса, но встроенный температурный датчик автоматически исправит погрешности при вычислении;
• изменения технологического давления не влияют на измерение.

• ультразвуковые датчики рассчитаны на то, что импульс не будет затронут во время его полета, поэтому следует избегать жидкостей, образующих тяжелые газы или слои пара;
• поскольку для прохождения импульса требуется воздух, применение ультразвукового-датчика в вакууме невозможно;
• конструкционные материалы прибора обычно ограничивают температуру работы, примерно до 70 C;
• приборы можно использовать на силосохранилищах, содержащих сухие продукты, такие как гранулы, зерна или порошки, но необходимо учитывать такие факторы, как угол поверхности, запыленность и расстояние.

Оптические датчики — распространённые типы измерителей, использующиеся в промышленности и охранном бизнесе для определения параметров объекта, который попал в зону действия. Оборудование характеризуют надежностью, наивысшим уровнем точности и разделяют на сколько видов.

Определение оптического датчика

Оптический датчик — небольшое по размеру электронное устройство, работающее со световым излучением разного диапазона. Простыми словами — это устройство, реагирующее на свет и улавливающее объекты, которые его пересекают. Принцип работы оборудования можно понять из названия. Поскольку в датчиках применяется оптика, значит, используется световое излучение разных диапазонов. Следовательно, при обнаружении светового потока (или его прерывании), на главный компьютер предается закодированный сигнал с соответствующей информацией.

Если перевести название прибора с английского языка, то получим «фотодатчик» или «световой датчик», что также указывает на принцип его работы.

Самым распространённым оптическим устройством является датчик освещенности, который будет реагировать на свет, а точнее — его отсутствие. Он начинает работать, как только наступают сумерки. Основное назначение — включать лампочку в тёмное время суток. Такое оборудование применяется повсеместно.

Фотодатчиков в современные дни придумано огромное количество. И это многообразие стоит классифицировать, но для начала следует разобраться с устройством и принципом их работы.

Принцип работы оптического датчика

Оптический датчик положения активируется при определенных условиях, заданных производителем. Поэтому «активация» — ключевое слово, используемое для определения принципы работы устройства. Активация срабатывает, когда падающий на датчик свет, имеет достаточную интенсивность.

Принцип работы оптического датчика: когда луч проходит через датчик беспрепятственно, он будет активирован. Но, при его прерывании каким-то барьером, устройство перестает работать и передаст сигнал на центральный компьютер, с которого оператор узнает о необходимой ему информации.

Изучая принцип работы оптического датчика, нельзя полагать, что активность — это замкнутые контакты, и напряжение на выходе присутствует. В различных устройствах могут отличаться принципы работы выходного элемента и схемы обнаружения световых потоков. Все зависит от конкретного типа устройства и его применения.

Особенности устранения помех

Любой оптический датчик положения представляет собой бесконтактный прибор, которому не нужен для работы механический контакт с определенным объектом. Но, активное состояние может сбиться из-за различных помех.

Чтобы избежать этой неисправности, производители используют световые потоки необычного спектра, к примеру, лазерный луч. Такой источник довольно прост в изготовлении – излучение фокусируется в тонкий луч обычно красного цвета. Преимущество использования технологии — излучение передаётся в видимой части диапазона. А потому не составит труда настроить прибор для конкретной зоны действия.

Это современное оборудование, но прежде можно было найти датчики иного вида, которые в качестве определителя использовали лампочку накаливания на 6 В и небольшую линзу. Прибор активно использовали в восьмидесятых годах. Современные датчики намного эффективнее и могут работать только в своём участке спектра, а потому можно избежать плохой видимости и помех.

Несмотря на использование более продвинутых технологий, оптический датчик всегда нужно держать в чистом состоянии, поскольку грязь и пыль могут вызвать преждевременное срабатывание.

Режимы датчика

Большинство современных датчиков оснащают двумя режимами:

• Light On.
• Dark On.

Это означает, что при включении режима устройство будет срабатывать при определённых условиях – включаться в тёмное время суток или, наоборот, при попадании солнца. К примеру, если установить режим Dark On, то датчик будет деактивирован, когда на него падают лучи солнечного света. В режиме Light On, датчик начнет включаться при засвечивании.

В магазинах Москвы и области также можно найти оборудование со встроенным таймером, где выходной сигнал будет появляться в определенное время, после активации.

Устройство

Оптические датчики состоят из приемника и источника излучения. Это основные компоненты, которые включают в себя еще ряд частей. Источник может быть установлен в одном корпусе или разных.

Источник или излучатель состоит из 6 частей:

• Корпус, куда помещают все детали. Он служит в качестве защиты от различных видов повреждений. Для изготовления используют латунь или полиамид и метизы.
• Генератор предназначен для образования электрических импульсов, которые переходят на излучатель.
• Излучатель — это небольшой светодиодный механизм, с помощью которого создаётся излучением в нужном диапазоне света.
• Система оптики направляет луч в нужном направлении.
• Индикатор показывает готовность прибора к работе.

Приемник оптического датчика состоит из 7 компонентов:

• Оптика для приема луча и направления его к преобразователю.
• Преобразователь служит для трансформации полученного излучения в электрический сигнал.
• Усилитель предназначен для увеличения получаемого сигнала до предельного значения, в котором работает аппарат.
• Пороговый элемент — регулятор крутизны фронта сигнала переключения.
• Электронный ключ — коммутация тока  и защита от коротких замыканий и перегрузок.
• Индикатор цвета показывает заданные характеристики прибора.
• Регулятор чувствительности нужен для настройки датчика.

Цветовой индикатор показывает несколько состояний прибора:

• Если сигнал отсутствует, то индикатор не горит.
• Если сигнал поступает на необходимом уровне и прибор активируется, то индикатор загорается зеленым.
• Когда уровень сигнала продолжает расти, индикатор становится жёлтым, но может перейти на красный цвет.

Выбирая подходящий датчик для конкретных условий, можно столкнуться всего с двумя типами конструкции, если не рассматривать приборы специального назначения, к примеру, щелевые. В остальных случаях бывают варианты с цилиндрическим или прямоугольным корпусом. И это единственное различие в конструкции.

Разновидности оптического датчика

В современных условиях, оптические датчики выполняют довольно широкий спектр задач на промышленном предприятии. Для покупки необходимого оборудования нужно заранее узнать обо всех типах аппаратуры и условиях, в которых устройство будет установлено.

В зависимости от принципа работы оборудования, специалисты выделяют 3 разновидности прибора:

• Барьерные.
• Диффузные.
• Рефлекторные.

У каждого типа есть свои особенности, о которых нужно узнать подробнее, чтобы подобрать подходящий вариант.

Барьерный тип оптического датчика

Официальное название этого вида — барьерный. Но это определение довольно странное, поскольку для активации всех датчиков некий барьер должен пройти чрез луч.

Принцип работы построен на прямом луче и двух отдельных частях (приемник и излучатель), которые должны располагаться максимальный соосно друг напротив друга. Только так луч точно попадет на приёмник. Когда между частями оборудования появляется какой-то объект, то датчик будет сигнализировать об этом.

Как только луч соприкасается с объектом, выключатель срабатывает. Отличительная особенность устройства — работать оно может на расстоянии десятки метров между приемником и передатчиком. Специалисты уверяют, что этот тип оборудования имеет хорошую помехозащищенность, а потому работе не будут мешать капли жидкости или пыль.

Разумеется, у барьерного прибора есть и недостатки:

• Чтобы подключить оборудование на значительном расстоянии друг от друга, придется совершать довольно трудоемкий процесс с соединением проводов питания.
• Процесс монтажа сильно усложняется, поскольку обязательно условие — полная соосность двух частей барьерного датчика.
• Если в зону действия прибора попадает хорошо отражающий предмет, то это спровоцирует ложное срабатывание оборудования.
• Если барьер имеет прозрачную структуру, то он не ослабит луч, а потому датчик не сработает. Это необходимо учитывать при монтаже.

Чтобы устранить последние два недостатка, необходимо скорректировать регулятор чувствительности. Разумеется, для обнаружения предмета в зоне действия, он не должен быть меньше диаметра луча.

Специалисты полагают, что барьерный тип — самый надёжный вид устройства. Это обусловлено возможностью использования устройства на больших расстояниях, а также помехоустойчивостью. В других устройствах приёмник и передатчик находится в одном корпусе, что не позволяет использовать их на больших расстояниях.

Устройство с раздельным передатчиком и приемником позволяет устанавливать оборудование на расстоянии 10 метров друг от друга. В этом случае передатчик будет стоять в одном месте, где к нему подводят питание. Он производит только функцию излучения, а все остальные задачи от него отводят. При этом оборудование не нужно настраивать.

Приёмник же установлен на определенной дистанции — именно там проводят регулировки чувствительности, а также настраивают другие параметры.

Важный нюанс: приёмник и излучатель должны быть из одного комплекта. Дело в том, что детали, выпущенные разными фирмами, не сочетаются друг с другом и работать не будут.

Именно барьерный тип устройства наиболее распространен в охранных системах и практически не используется на предприятиях, поскольку там нет необходимости в расстоянии, которое могут поддерживать устройства для связи.

Диффузный вид

Принцип работы прибора — зеркальное отображение. В этом случае передатчик и приемник помещается в один корпус. Излучатель падает поток света на определенный объект, луч падает на его поверхность и переходит в разные направления, в зависимости от особенностей оптической системы. Луч частично возвращается назад к приемнику, тем самым включая прибор.

Проблема диффузного датчика — отражающие объекты, которые не попадают в рабочую область установки. Чтобы устранить помеху, необходимо использовать выключатели с подавлением фона.

Дальность действия — самая маленькая из всех приборов оптического вида, она составляет всего полметра. Это компенсируют важной особенностью — если правильно настроить оборудование, то оно детектирует появление объекта в рабочей зоне. По мере приближения датчик сработает, как пороговый элемент.

Особенности настройки

Чтобы выбрать подходящее расстояние, с которого датчик начнёт действовать при приближении объекта, нужно взять простой лист бумаги и проверить условия активации.

• Размер листа 10 на 10 см — расстояние до 40 см.
• Размер 20 на 20 см — свыше 40 см.

Подобную операцию также проводят с листом горячечеканной стали — выбор метода зависит от предприятия, куда ставят датчик.  Для боле точной настройки используют специальную таблицу, где указаны отражающие свойства материалов. На основе полученных данных добавляют поправочный коэффициент.

Пример: значение датчика — 100 мм, но необходимо установить его на объект из нержавеющей стали. В этой ситуации, поправочный коэффициент будет равен 7.5. А расстояние правильного срабатывания увеличится на 7.5 раз — 750 мм.

Рефлекторный тип

Оборудование включается при отражении луча от рефлектора — отсюда и название прибора. После луч переходит на приёмник и датчик срабатывает. Как только объект покинет рабочую зону, оборудование включиться ещё раз.

Предельная длина действия прибора — 10 м. В теории оборудование сможет работать и на большем расстоянии, но стабильность обеспечить куда сложнее — датчик перестанет работать при малейшем смещении луча из-за вибрации или при попадании пыли.

Оборудование можно использовать для полупрозрачных объектов. Приемник и передатчик находятся в едином корпусе. Датчик часто используют для установки на ленту конвейера, чтобы устройство работало в единой системе с другим оборудованием — изделие пришло на положенное место (датчик сигнализирует об этом), ушло дальше (рефлектор подал еще один сигнал).

Специфические оптические датчики

Были рассмотрены три вида стандартных оптических датчиков, но в продаже можно найти и более специфические варианты, к примеру, — световая решетка. Это две пластины, располагающиеся на определенном расстоянии друг от друга.

С одной стороны установлены фотодиоды, на обратной пластине — светодиоды. Используя перекрытие этой пары, можно с определенной погрешностью вычислить геометрические данные объекта — ширину или высоту. Решётку подключают к контроллеру, который передает данные в центральный компьютер.

Световой барьер

Это ещё один тип специфического датчика, что устанавливают для безопасности конкретного объекта, чтобы не допустить до помещения людей. Система довольно сложна в монтаже, поскольку состоит помимо основных частей еще из двух рефлекторных датчиков и отдельного контроллера.

Лазерная система

Датчик оптического типа, позволяющий не только диагностировать о появлении объектов в зоне действия, но и измерять расстояние между ним.
Принцип действия устройства — измерение времени прохождения через луч. Такая же система используется в радиолокации.

Оптоволоконный датчик

Принцип работы заключается в том, что электронные схемы и элементы оптики разнесены в пространстве, а свет передается через оптоволокно. Обычно используются пластиковые фиберы.

Подобные оборудование устанавливают на объектах, где нужная зона сильно узкая или наблюдается сложная среда для работы — повышенный риск повреждения, постоянная влажность, сильная вибрация.

Аналоговый тип

Это оптические датчики выходного сигнала. Принцип работы очень напоминает лазерный тип, поскольку нужные показатели измеряются в зависимости от интенсивности отраженного сигнала.

Датчик контроля пламени

Оптический датчик часто используют для измерения качества пламени в промышленных горелках. Питание происходит от искрозащищенного блока, который входит в комплект с основным оборудованием. Такое высокоточное устройство закупают для нефтегазовых промышленных предприятий.

Оптические датчики обычно очень компактные — для простоты установки. Для практического применения конструкторы оснащают оборудование выносными модулями. Конструкция приборов может отличаться в зависимости от выбранного места для установки.

Щелевые датчики

Это несколько оппозитно расположенных приёмников, установленных на одной платформе с излучателем. Корпус напоминает букву U. Щелевой приемник применяют для подсчета предметов, которые перемещаются по установленной зоне с высокой скоростью.

Конструкция крайне удобна для экономии пространства, поскольку прокладывать нужно только один питающий кабель.

Прямоугольные

Строение корпуса позволяет дополнительно комплектовать датчики системой охлаждения. Таким образом, оборудование можно ставить с объектами, которые сильно разогреваются.

Прямоугольная форма также обеспечивает надежную устойчивость прибора. Датчики оснащают высокоточной оптикой, что позволяет производить мгновенный пересчет объектов.

Цилиндрический корпус

Устройство внешне очень похоже на свечу зажигания. Устройство продают с дополнительными элементами — пластины для крепежа, уголки и зажимные блоки.

Как подключить оптический датчик

Любой оптический датчик соединяют с исполнительной автоматикой:

• программаторы;
• платы управления различных систем.

Схему подключения придётся выбирать в зависимости от типа выходного сигнала, который исходит от оборудования.

Общая классификация подключения оптического датчика:

• на сухой тип контактной группы применяют замкнутые или разомкнутые;
• соединение с питанием сигнализационной системы;
• подача питания на релейные датчики по отдельной линии.

Путаница возникает, поскольку не все мастера понимают разницу между нормально закрытым и открытым выходом датчика.

Чтобы разобраться с подключением, нужно понять три события:

• правильная интенсивность попадания света;
• включение индикатора, показывающего на активность прибора;
• переключение реле или транзистора — выходные элементы.

Приор не получится подключить правильно, если перепутать срабатывание и попадание света. А также, какие процессы в этот момент происходят — переключатель работает в определённом режиме (Dark/Light), а тип выхода — нормально открытый или нормально закрытый.

При НЗ-выходе индикатор может загореться, когда замыкается контакт, или же при активности датчика. Нельзя забывать, что эти события — неодинаковы. Все зависит от производителя.

Поэтому, для правильного подключения нужно внимательно ознакомиться с инструкцией и проверять теорию на практике.

Где применяют оптические датчики

Датчики оптического типа применяют для эффективного определения или наличия предметов, которые присутствует на каком-либо объекте. С помощью устройства специалисты контролируют расстояние и габариты, степень прозрачности, цвет  конкретного объекта.

Обычно датчики ставят в системы автоматического управления освещением, охранные сигнализации или приборы на дистанционном управлении.

Простая конструкция оборудования обеспечивает высокую надежность, но при этом гарантирует точность любых измерений. Поскольку в датчиках используется кодированный световой сигнал, это увеличивает защиту от воздействия негативных факторов, а электроника сможет определить не только наличие нужного объекта на рабочей территории, но и учитывает его свойства — прозрачность или габариты.

Наибольшее распространение подобный тип датчиков получили в системах охранной сигнализации, где необходимо использовать высокочастотные системы распознавания движения. Независимо от выбранного вида приспособления, датчики — лучший вариант для системы управления автоматического оборудования.

Оптический датчик обладает не только высокой точностью, но и скоростью измерения с минимальным откликом на разрушение луча. Поскольку оптические датчики используют бесконтактный тип связи, это гарантирует продолжительный срок службы в любых производственных условиях.

Устройства также часто используют для подсчёта оборотов различных двигателей или уровня жидкостей. В этих ситуациях нужно в конкретную зону установить оптический датчик оборотов, вращения и оптический датчик уровня. Два вида устройств активно используют на промышленных предприятиях.

Уход за оптическим датчиком

Любая техника нуждается в должном уходе, иначе вскоре выйдет из строя. Поскольку в датчиках используется оптика, ее нужно регулярно протирать, словно объектив фотоаппарата. Важно использовать мягкую ткань, которая не оставит царапин и иных повреждений на детали. Обычно используют салфетки, смоченные водой. В жидкость по желанию можно добавить каплю любого средства для чистки (к примеру, для посуды) — это ускорит процесс, и оптика будет обработана намного тщательнее.

После влажной чистки, деталь следуют тщательно протереть сухой салфеткой, чтобы удалить остатки жидкости. В этом процессе главное — следить, чтобы абразив не попал внутрь датчика, иначе его не получится настроить для работы.

Что касается корпуса, то для правильной работы устройства достаточно знать, как проверять его на механическую целостность. При проверке состояния датчика нельзя забывать про важный нюанс — в качестве излучателя используется светодиод. У него есть определённый ресурс, который однажды закончится. Это значит, что светодиоды нужно периодически менять, чтобы оборудование работало в штатном режиме.

Оптический датчик — не самый сложный прибор, а потому его разборка и чистка некоторых элементов н займет больше 30 минут.

Неисправности, случающиеся в процессе эксплуатации

Любое оборудование рано или поздно выходит из строя. Оптический датчик ломается крайне редко, но если это произошло, нужно знать, чем вызваны неисправности:

• цепь питания может оборваться, возможны также и механические повреждения самого прибора или сенсора;
• компоненты внутри корпуса вышли из строя;
• проблемы с настройкой — для правильной работы, датчики нужно правильно откалибровать.

Если регулярно проводить сервисное обслуживание прибора и своевременно менять расходные части, можно добиться высокого срока эксплуатации оптического датчика. При правильном уходе, устройство служит не одно десятилетие.

Особенности проверки

Перед вводом в работу любое точное измерительное устройство проходит проверки. Для поверки оптического датчика используют специальные стенды. Они необходимы для проверки соосности. Если стенд показывает, что датчик установлен правильно, но необходимых для работы результатов нет, это означает, что внутренности устройства поврежден. Вероятная проблема — оптика.

Также можно использовать эмпирический способ — поставить оборудование на положенное место и проследить за его работой.

Оптический датчик — компактный и надежный прибор, применимый практически на каждом промышленном предприятии. Но, для установки и правильной настройки устройства, нужен грамотный специалист, разбирающийся не только в типах приборов, но и особенностях подключения.

• Портфолио продуктов
• Датчики расстояния

Эффективное средство решения проблем

Инновационные технологии

Перспективные интерфейсы

Надёжные универсалы

Максимальное расстояние до объекта

Максимально допустимая повторяемость

Максимально допустимая точность

Количество цифровых выходов

Максимально допустимая ширина

Максимально допустимая высота

Максимально допустимая глубина

Многофункциональные фотоэлектрические датчики, Фотоэлектрические датчики

• Подсемейство продукции:
• Дистанция работы, макс.:
• Принцип работы датчика:
  Датчик с отражением от объекта
• Принцип работы:
  Подавление заднего фона
• Тип переключения:
• Вид подключения:
  Разъем M12, 5-конт.
• Аналоговый выход:
• Smart Sensor:
  Enhanced Sensing, Эффективный обмен данными

• Диапазон измерения:
• Интерфейс связи:
• Тип аналогового выхода:
  Токовый выход / Выход напряжения
• Тип. размер светового пятна (расстояние):
  Ø 70 µm (50 mm)
• Материал корпуса:
• Класс лазера:
• Вид подключения:
  Кабель с разъемом, M12, 5-контактный, A-кодированный, 30 cm
• Цифровой выход:
  2 x PNP/NPN, переключаемый

• Диапазон измерения:
• Интерфейс связи:
• Тип аналогового выхода:
  Токовый выход / Выход напряжения
• Тип. размер светового пятна (расстояние):
  Ø 1 mm (700 mm)
• Материал корпуса:
• Класс лазера:
• Вид подключения:
  Кабель с разъемом, M12, 5-контактный, A-кодированный, 30 cm
• Цифровой выход:
  2 x PNP/NPN, переключаемый

• Диапазон измерения:
• Интерфейс связи:
• Тип аналогового выхода:
  Токовый выход / Выход напряжения
• Тип. размер светового пятна (расстояние):
  Ø 500 µm (245 mm)
• Материал корпуса:
• Класс лазера:
• Вид подключения:
  Кабель с разъемом, M12, 5-контактный, A-кодированный, 30 cm
• Цифровой выход:
  2 x PNP/NPN, переключаемый

• Диапазон измерения:
• Интерфейс связи:
• Тип аналогового выхода:
  Токовый выход / Выход напряжения
• Тип. размер светового пятна (расстояние):
  Ø 600 µm (350 mm)
• Материал корпуса:
• Класс лазера:
• Вид подключения:
  Кабель с разъемом, M12, 5-контактный, A-кодированный, 30 cm
• Цифровой выход:
  2 x PNP/NPN, переключаемый

• Подсемейство продукции:
  PowerProx Precision Shiny
• Дистанция работы, макс.:
• Принцип работы датчика:
  Датчик с отражением от объекта
• Принцип работы:
  Подавление заднего фона
• Тип переключения:
• Вид подключения:
  Разъем M12, 5-конт.
• Аналоговый выход:

• Дистанция измерения, предельная дистанция измерения:
• Оценка:
• Цифровой выход:
  2 x NPN
• Интерфейс связи:
• Выходной коннектор передатчика:
• Вес:
• Вид подключения:
  Разъем, M12, 5-контактный

• Дистанция измерения, предельная дистанция измерения:
• Оценка:
• Цифровой выход:
  2 x PNP
• Интерфейс связи:
• Выходной коннектор передатчика:
• Вес:
• Вид подключения:
  Разъем, M12, 5-контактный

От микрона до мили — на любых дистанциях как дома

Автоматизация неудержимо продвигается вперёд во всех сферах промышленности. Вместе с ней впереди всех датчики расстояния, а также решения для измерения и обнаружения от компании SICK. Являясь интеллектуальными источниками данных, они предоставляют точную информацию практически для любого случая применения. На любых расстояниях, в любых условиях. Оснащённые передовыми технологиями и различными интерфейсами. Откройте для себя уникальный пакет услуг, который сочетает в себе всесторонние отраслевые знания и выдающийся инновационный потенциал. Высокая производительность и неограниченная гибкость — всё, что нужно для вашего успеха.

Триангуляция основана на измерении расстояния посредством вычисления угла. При этом датчик проецирует световое пятно на обнаруживаемый объект. Отражённый от объекта свет — в зависимости от расстояния — попадает на приёмную строку датчика под определённым углом. По положению светового пятна на приёмном элементе можно определить расстояние до объекта.

Время прохождения света

Время прохождения ультразвука

При измерении времени прохождения с помощью ультразвука (Ultrasonic Time of Flight) датчик излучает звуковой импульс, который отражается обнаруживаемым объектом. Время, которое необходимо импульсу для прохождения от датчика до объекта и в обратном направлении, измеряется, оценивается и преобразуется в соответствующую дистанцию.

Три технологии, которые попадают в самую точку.

Объединённые в сеть процессы производства и управления в сложных производственных средах определяют будущее промышленности. Интеллект датчиков является важным условием для комплексного преобразования физических сигналов в информацию, поступающую от датчиков: используя интеллектуальные системы датчиков, компания SICK уже сегодня поддерживает динамичные, оптимизируемые в режиме реального времени и самоорганизующиеся промышленные процессы. Большое значение для надёжного обмена данными по сети имеет чёткое определение необходимых данных и их слияние с миром сетевых данных. При этом важную роль играет выбор правильного протокола обмена данными для определённого расстояния. Датчики расстояния от SICK предлагают идеальную технологию интеграции для ваших целей в зависимости от потребностей, инфраструктуры и среды.

IO-Link открывает новые возможности для коммуникации типа «точка-точка» между системой управления установки и полевым уровнем. Простые датчики и исполнительные механизмы становятся активными участниками процесса в сплошной сети автоматизации.

В качестве отправителя они через ведущее устройство сообщают о состояниях в систему управления, а в качестве получателя, наоборот, получают сигналы и обрабатывают их. Это оптимизирует процессы и затраты по всей цепочке создания стоимости.

Ethernet и промышленные сети

С помощью Ethernet и промышленных сетей все задействованные датчики и исполнительные механизмы могут взаимодействовать с системой управления установки как единый комплекс. В зависимости от типа интерфейса доступны разные иерархии и схемы расположения задействованных устройств — так называемые топологии.

Ethernet и промышленные сети позволяют обрабатывать большие объёмы данных, передавать данные датчиков в режиме реального времени и напрямую интегрировать их в ИТ-системы и облачные структуры.

Последовательные интерфейсы предназначены для прямой передачи данных между контроллером и датчиком или исполнительным механизмом.

Во время коммуникации все биты передаются по отдельности и один за другим через соединение «точка-точка».

Основные преимущества последовательных интерфейсов заключаются в невысокой технической сложности и независимости от структуры системы.

Всегда правильное подключение — быстро, просто, эффективно

От минимальных до очень больших расстояний: во многих сферах применения в помещении и на улице датчики расстояния от SICK используют для измерения и обнаружения ультразвук, свет или радар. В любой среде, на самых разных поверхностях и индивидуально адаптируясь к соответствующей задаче. Даже неблагоприятные условия окружающей среды, такие как пыль, грязь или туман, практически не влияют на результат измерения.

Контроль уровня заполнения

Контроль уровня жидкостей и сыпучих материалов с помощью ультразвуковых датчиков расстояния обеспечивает безопасность процесса независимо от материала даже в неблагоприятных условиях окружающей среды, таких как пыль, грязь или туман.

Позиционирование, контроль наличия, защита от столкновений

Обнаружение на большой площади объектов самой разной формы и с разными отражающими свойствами с использованием ультразвуковой технологии обеспечивает максимальную гибкость машины для надёжного позиционирования, контроля наличия и защиты от столкновений.

Точное и надёжное измерение Прочные датчики расстояния точно и надёжно определяют расстояние от бревна до отбойной стенки. Таким образом, даже в очень суровых условиях Dx50-2 обеспечивает оптимальную загрузку кругляка на транспортёрную ленту.

Во внутренней логистике датчики SICK поддерживают оптимальное позиционирование захватов роботов на больших дистанциях за счёт высокоточного обнаружения краёв логистических ящиков любого цвета.

Контроль сборочных процессов

OD Mini использует технологию триангуляции для контроля сборочных процессов в серийном производстве. Благодаря небольшой конструкции его можно очень гибко использовать и во многих других областях применения.

OD5000 является представителем высшего класса высокоточных измерительных триангуляционных датчиков. С его помощью можно контролировать высокоточные и быстрые процессы нанесения покрытий при производстве аккумуляторов и оптимизировать качество серийной продукции.