Вимірювання відстані: лазерний чи ультразвуковий датчик?

У багатьох процесах існує потреба в автоматизації у вигляді вимірювання відстані. Це забезпечує більший контроль і розуміння процесу. Крім того, підвищується точність, надійність і ефективність. Прикладами таких процесів є:

• Вантажівка, яка рухається заднім ходом до вантажного майданчика
• Визначення положення захвата по відношенню до контейнера
• Визначення відстані судна до причалу, швартування і стоянки
• Вимірювання рівня в бункері
• Вимірювання рівня в резервуарі

Це все чудові застосування, але який датчик є правильним вибором? На чому базується цей вибір? У цій статті ми обговорюємо відмінності між ультразвуковими та лазерними принципами вимірювання, складні застосування, які підкреслюють ці відмінності, а також огляд можливих рішень.

Що таке лазерне випромінювання?

Лазер - це світло, але дуже інтенсивне. Це пов'язано з тим, що світлові частинки в лазерному світлі знаходяться набагато ближче одна до одної, ніж при звичайному світлі. Особливістю лазерних датчиків є те, що лазерні датчики виготовляються як у видимому спектрі, так і в невидимому спектрі. Це означає, що існують як інфрачервоні, так і видимі червоні лазери. Лазерне світло можна використовувати для точного вимірювання як дуже малих, так і дуже великих відстаней. Для вимірювання відстані використовуються такі методи: "час прольоту" світла для великих відстаней і "триангуляція" для невеликих відстаней але дуже високої точності.

При використанні лазерних датчиків ви повинні дотримуватися тих же правил, що і при використанні звичайних фотоелектричних датчиків, що робить їх переваги і недоліки дещо схожими. Перевагами є висока швидкість, дуже висока точність і чітке фокусування на невеликих поверхнях. Що стосується вимірювання відстані, то лазери застосовуються як на дуже малих, так і на дуже великих відстанях.

Недоліками використання оптичних датчиків відстані є чутливість до навколишнього світла, чорна або дуже темна поверхня об'єкта або прозорі об'єкти. Все це може створювати перешкоди для випромінюваного датчиком світла.

Що таке ультразвук?

Ультразвук - це звукові хвилі, частота яких вище, ніж може почути вухо людини. Як правило, під ультразвуком розуміють частоти від 20 до 106 кГц. У природі цей звуковий спектр використовують, наприклад, дельфіни та кажани. Зокрема для того, щоб виявляти, спілкуватися та визначати відстані до об'єктів.

Використання звуку має як переваги, так і певні недоліки. До переваг відносяться: нечутливість до кольору, блиску і прозорості об'єктів, дуже хороше вимірювання на твердих і рідких тілах і відсутність проблем при вимірюванні об'єктів з грубою або тонкою структурою.

Що стосується недоліків, то ультразвуковий звук має менший діапазон і більшу чутливість до звукопоглинальних матеріалів або поверхонь, таких як пінопласт і текстиль.

Для яких застосувань потрібне лазерне випромінювання або ультразвук?

Вищезгаданий фундаментальний опис ультразвуку та лазерного світла допомагає перевести ці властивості в практичну площину. Нижче наведено ряд промислових застосувань, де ультразвуковий звук або лазерне випромінювання забезпечують краще рішення.

Відстань до прозорих об'єктів

Прозорі об'єкти, такі як пластикова або скляна пляшка, мають властивість пропускати світло. Для виявлення наявності або відсутності прозорого об'єкта можна використати рефлекторний датчик для прозорих об'єктів, це досить проста задача. Але для вимірювання саме відстані до прозорого об'єкта такий метод не підходить. Якщо б для вимірювання відстані до пляшки використовувався лазер, то виникли б проблеми через відсутність відбиття лазерного променя, який мав би потрапляти назад до датчика від прозорого скла. Однак ультразвуковий датчик є дуже підходящим рішенням для цього: випромінюваний ультразвук не проходить через скло, відбивається від нього і повертається назад до датчика. Це дозволяє проводити вимірювання, завдяки чому датчики можуть визначати відстань до пляшки.

Висока точність

Іноді вимірювання доводиться проводити на поверхнях, які дуже сильно відрізняються за формою. Подумайте про профілі протектора шин, які доводиться вимірювати на відстані. Використання ультразвукового датчика тут майже неможливе, тому що чим більша відстань, тим менш точне вимірювання. До того ж, звуковий конус на поверхні об'єкта (можна назвати це "звуковою плямою" по аналогії зі світловою плямою у оптичних датчиків) має більшу велику площу. Тобто ця "звукова пляма" просто перекриє всі маленькі деталі протектора і покаже якись середній результат, або навіть відстань до найближчого (найвищого) протектора. Лазерний промінь дуже тонкий, має необхідну точність, щоб досягти і виміряти ці заглиблення в протекторі. Це дозволяє визначити профіль шини з точністю до мікрометрів, що дає змогу відстежити знос або браковані вироби. Отже, вибір за лазером.

Робота з різнокольоровими об'єктами

В пакувальній промисловості матеріали та упаковка продукції бувають різних кольорів. Не кожен колір має однакову відбивну здатність, і це означає, що один колір відбиває світло більше, ніж інший. Ми часто помічаємо це, коли одягаємо чорну сорочку в літній день: ми відчуваємо сонце гарячіше, ніж хтось у білій сорочці. Це пов'язано зі ступенем відбиття. Лазерне світло, як і будь-яке інше світло, так само схильне до цього, тому що не кожен колір відбиває однаково добре назад до датчика. Якщо зі світлими кольорами зазвичай проблем не виникає, то з чорними кольорами можуть виникнути проблеми, особливо на максимальних робочих відстанях конкретного датчика. Тому в таких випадках краще вибрати ультразвуковий датчик, який не чутливий до кольору упаковки.

Вимірювання великих і дуже великих відстаней

Максимальний робочий діапазон мабуть є найбільш важливим фактором, коли мова йде про вимірювання відстані. Ультразвукові датчики досягають максимального діапазону вимірювання до 8 метрів і, таким чином, можуть використовуватися на більшості малих і середніх відстаней. Лазерні датчики починаються з максимального діапазону вимірювання 10 см і доступні навіть до 3 000 метрів. Далекомірні лазери можуть використовуватися на малих, середніх і дуже великих відстанях.

Звукопоглинаючі матеріали

У текстильній промисловості використовуються всі види матеріалів від бавовни до вовни і від синтетичних матеріалів до необроблених тканин. Матеріали з відкритою структурою часто мають звукопоглинальну властивість. Це призводить до того, що при вимірюванні ультразвуковим датчиком звукові коливання менше або зовсім не відбиваються на датчик. Це серйозно впливає на діапазон вимірювання. Оптичні датчики відстані є тут є поширеним рішенням, тому що він може виконувати безпомилкові вимірювання на цих типах матеріалів, без істотного впливу на діапазон вимірювань. Але не забувайте про колір! На чорних тканинах максимальна робоча відстань знижується.

Приклади вимірювання

Деякі датчики мають дисплей для зручності використання та налаштування. Зазвичай це датчики з аналоговим виходом 4-20 мА, 0-10 В. Дешевші датчики з дискретним PNP або NPN виходом можуть не мати дисплея, а налаштування відбувається за допомогою кнопки навчання.

Для прикладу вимірювання з оптичним лазерним датчиком SICK DT20 Hi

А також приклад з ультразвуковим датчиком microsonic mic+35

В нашому інтернет-магазині Ви можете купити і ультразвукові і оптичні лазерні датчики відстані всіх відомих світових виробників, таких як SICK, Balluff, microsonic, Pepperl+Fuchs, Datalogic, Leuze в Україні самовивозом зі складу в Києві або доставкою в Львів, Дніпро, Запоріжжя, Харків, Вінницю чи будь-яке місто України. Якщо потрібний Вам датчик знятий з виробництва, наші спеціалісти підберуть вам відповідний аналог або актуальну заміну із наявності на складі. Дистрибютор. Представництво. Офіційна гарантія.

• 
• 
• 
•