В статье рассказано о принципах действия лазерных датчиков для измерения расстояния и размеров объектов, а также о преимуществах приборов этого типа. Представлены промышленные датчики LANBAO серий PDA, PDB и CDM.
В статье поговорим о применении лазерных датчиков в промышленности. Иначе их называют дальномерами, датчиками перемещения, лазерными измерителями и т. д. В этих приборах могут использоваться разные принципы действия, но все они основаны на свойствах монохромного излучения источника света и его узконаправленного луча.
Первый и основной принцип основан на измерении времени прохождения светового импульса от датчика до объекта и обратно (рис. 1). Этот принцип может быть дополнен рядом технических решений, таких как измерители сдвига фазы отражения, наложение кодированных интервалов между импульсами и т. д. Все эти решения нужны для того, чтобы снизить воздействие внешних факторов на измерительную систему и повысить точность измерения расстояния до конкретной точки объекта.
Рис. 1. График прохождения светового импульса от лазерного датчика до объекта и обратно
Вторым принципом измерения расстояния с помощью лазерного датчика является триангуляция (рис. 2). «Угол падения равен углу отражения», – гласит учебник физики. На этом законе и построен данный метод измерения. Датчики с таким типом измерительной системы несколько дороже приборов первого типа за счет того, что вместо одной линзы приемника света и одного фотоприемника используется целая линейка из фотоэлементов. Причем чем точнее мы хотим получить измерение, тем больше сегментов шкалы приемника нужно.
Рис. 2. Измерение расстояния методом триангуляции
На практике применяется комплексный метод измерения. В триангуляционном датчике присутствует алгоритм измерения времени прохождения импульса света.
Помимо этого, из-за тонкого луча большую популярность получили лазерные многолучевые барьеры и датчики оппозитного типа. В таких устройствах точность измерения составляет до 0,5 мкм и напрямую зависит от качества источника света и матрицы приемников. Компания LANBAO является одним из ведущих производителей в Китае оптических датчиков. Ее продукция имеет лучшее соотношение цены и качества.
Почему так популярны именно лазерные датчики? Почему они вне конкуренции, если сравнивать с инфракрасными или обычными световыми? Все объясняется простыми преимуществами лазера: у него лавинообразная форма нарастания мощности светового потока в отличие от импульса светодиода или источника ИК-излучения. Соответственно, состояние неопределенности сигнала короче во времени. Лазер имеет монохромный луч, состоящий из фотонов с одной частотой и вектором. И его не надо пропускать через поляризирующие линзы и светофильтры, чтобы отсеять помехи от прочих источников света. Мощность излучения лазера при тех же габаритах значительно выше прочих источников света и, следовательно, может пробить бОльшую запыленность оптической среды в месте измерения. На рис. 3 показано, как примерно выглядят формы импульса от разных источников без учета времени накачки источника света. Как видно из диаграммы, время неопределенности уровня импульса меньше всего у лазера, а значит, с его помощью можно точнее выполнять измерения.
Рис. 3. Формы импульса от разных источников света
Компания LANBAO, представленная в России единственным авторизированным поставщиком – компанией «Сенсорен Электро», предлагает две серии лазерных датчиков: PDA (рис. 4а) – измерители расстояния до объекта в алюминиевом экранированном корпусе и PDB (рис. 4б) – датчики расстояния и смещения в пластиковом корпусе. Функционально это очень похожие приборы. Однако в серии PDA есть некоторые функции, позволяющие более точно определять отклонение положения объекта относительно датчика. А в серии PDB есть датчики большей дистанции. Приборы обеих серий работают по смешанному алгоритму определения расстояния. Имеют прямую и обратную шкалы токового выхода, интерфейсное подключение и модели с дискретными сигналами (табл. 1). Эти датчики можно применять в системах автоматизации для решения множества задач (рис. 5).
Рис. 4. Лазерные датчики LANBAO: а – серии PDA; б – серии PDB
Таблица 1. Характеристики лазерных датчиков LANBAO (увеличить изображение)
Рис. 5. Области применения датчиков LANBAO серий PDA и PDB
Помимо датчиков расстояния, компания «Сенсорен Электро» поставляет датчики CDM для точных измерений объектов (рис. 6). Используя принцип измерительной завесы шириной 10 мм, датчик имеет точность 1 мкм. Два режима работы позволяют применять его для различных задач, указанных на рис. 7.
Рис. 6. Датчики LANBAO CDM
Рис. 7. Сферы применения датчиков LANBAO CDM
У всех датчиков компании LANBAO продуманный интерфейс параметрирования с удобными кнопками, хорошо читаемыми показаниями и индикацией. Корпуса обладают высокой степенью защиты от внешних воздействий, удобством и надежностью креплений. Их небольшие габариты позволяют интегрировать прибор в большинство производственных линий без особых проблем. В комплекты поставки включены кронштейны и шнуры для подключения датчиков, которые, впрочем, можно заменить на кабели большей длины или из других материалов. Еще одним неоспоримым плюсом продукции LAMBAO является ее совместимость по электротехническим параметрам с европейскими стандартами и открытый интерфейс программирования.
По всем вопросам применения, приобретения и тестовых испытаний можно обращаться в компанию «Сенсорен Электро», г. Смоленск.
Статья опубликована в журнале «ИСУП»
Статья на сайте журнала >>
