Датчики расстояния. Оптические датчики расстояния: принципы работы, типы и применение

alexxlabДатчик
Как работают оптические датчики расстояния. Какие бывают типы датчиков расстояния. Где применяются датчики для измерения дистанции. Какие преимущества и недостатки у разных технологий измерения расстояния. Как выбрать подходящий датчик расстояния для вашего проекта.

Содержание

Принципы работы оптических датчиков расстояния

Оптические датчики расстояния позволяют бесконтактно измерять дистанцию до объектов. Их работа основана на излучении светового сигнала и анализе отраженного излучения. Существует несколько основных принципов измерения расстояния с помощью оптики:

  • Триангуляционный метод
  • Время пролета (Time-of-Flight)
  • Фазовый метод

Рассмотрим подробнее, как работает каждый из этих методов измерения расстояния.

Триангуляционный метод

При триангуляционном методе датчик содержит источник света (обычно лазер) и светочувствительную матрицу. Луч лазера направляется на измеряемый объект под определенным углом. Отраженный луч попадает на матрицу. По положению светового пятна на матрице вычисляется расстояние до объекта.


Этот метод позволяет получить высокую точность измерений (до долей миллиметра) на небольших дистанциях — обычно до 1 метра.

Метод измерения времени пролета (Time-of-Flight)

В этом случае датчик излучает короткие световые импульсы и измеряет время, за которое отраженный сигнал возвращается обратно. Зная скорость света, можно вычислить расстояние до объекта.

Метод TOF позволяет измерять большие дистанции — до нескольких километров. Однако точность измерений ниже, чем при триангуляции.

Фазовый метод

При фазовом методе датчик излучает модулированный по амплитуде световой сигнал. Измеряется сдвиг фаз между излученным и отраженным сигналом. По разности фаз вычисляется расстояние до объекта.

Этот метод сочетает преимущества двух предыдущих — позволяет измерять как большие дистанции, так и с высокой точностью.

Основные типы оптических датчиков расстояния

В зависимости от используемой технологии измерения и типа излучателя, выделяют следующие виды оптических датчиков расстояния:

  • Инфракрасные датчики
  • Лазерные датчики
  • Лидары
  • Датчики на основе VCSEL

Инфракрасные датчики расстояния

Инфракрасные датчики используют в качестве излучателя ИК-светодиод. Они недороги и компактны, но имеют ограниченный диапазон измерения — обычно до 1-2 метров.


Как работают ИК-датчики расстояния? Датчик излучает инфракрасный свет, который отражается от объекта и улавливается фотоприемником. По интенсивности отраженного сигнала определяется расстояние.

Лазерные датчики расстояния

Лазерные датчики используют в качестве излучателя полупроводниковый лазер. Они обеспечивают высокую точность измерений и могут работать на больших дистанциях — до нескольких сотен метров.

Лазерные датчики могут использовать как триангуляционный метод, так и метод измерения времени пролета. Выбор зависит от требуемой дальности и точности измерений.

Области применения оптических датчиков расстояния

Оптические датчики расстояния нашли широкое применение в различных сферах:

  • Промышленная автоматизация
  • Робототехника
  • Системы безопасности
  • Автомобильная промышленность
  • Строительство и геодезия

Применение в промышленности

В промышленности оптические датчики расстояния используются для:

  • Контроля размеров и положения деталей
  • Измерения уровня жидкостей и сыпучих материалов
  • Предотвращения столкновений в системах автоматизации
  • Сортировки и подсчета продукции

Применение в робототехнике

В робототехнике датчики расстояния необходимы для:


  • Навигации и ориентации в пространстве
  • Обнаружения препятствий
  • Построения карты окружающего пространства
  • Захвата и манипуляции объектами

Сравнение различных технологий измерения расстояния

Каждая технология измерения расстояния имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим их сравнительные характеристики:

Инфракрасные датчики

Преимущества:

  • Низкая стоимость
  • Компактные размеры
  • Низкое энергопотребление

Недостатки:

  • Небольшой диапазон измерения (до 1-2 м)
  • Зависимость от внешнего освещения
  • Невысокая точность

Лазерные датчики

Преимущества:

  • Высокая точность измерений
  • Большой диапазон измерения (до сотен метров)
  • Высокая скорость измерений

Недостатки:

  • Высокая стоимость
  • Большие размеры
  • Высокое энергопотребление

Как выбрать подходящий датчик расстояния

При выборе датчика расстояния для вашего проекта следует учитывать несколько ключевых факторов:

  • Требуемый диапазон измерения
  • Необходимая точность измерений
  • Скорость обновления данных
  • Условия эксплуатации (освещенность, запыленность и т.д.)
  • Габариты и энергопотребление
  • Стоимость

Для небольших проектов с ограниченным бюджетом хорошим выбором будут недорогие инфракрасные датчики. Если требуется высокая точность на больших дистанциях — стоит обратить внимание на лазерные датчики или лидары.


Важно также учитывать интерфейс подключения датчика. Наиболее распространены аналоговый выход, цифровые интерфейсы I2C и SPI.

Перспективные направления развития датчиков расстояния

Технологии измерения расстояния продолжают активно развиваться. Среди перспективных направлений можно выделить:

  • Миниатюризацию датчиков
  • Повышение энергоэффективности
  • Увеличение дальности и точности измерений
  • Интеграцию с системами машинного зрения и ИИ
  • Развитие датчиков на основе VCSEL

Датчики на основе VCSEL (вертикально-излучающих лазеров) сочетают преимущества лазерных и светодиодных технологий. Они компактны, энергоэффективны и обеспечивают высокую точность измерений.

Заключение

Оптические датчики расстояния — мощный инструмент для широкого спектра применений. Понимание принципов их работы и особенностей различных технологий позволяет выбрать оптимальное решение для конкретной задачи. С развитием технологий область применения таких датчиков будет только расширяться.


Оптический датчик расстояния : Indstore

Оптические датчики расстояния
  • Задача: Измерение длины оптическим датчиком расстояния
  • Измеряемый параметр: расстояние, дистанция.

Заводам и производственным компанию ежедневно приходится бороться за конкурентоспособность своей продукции. Для оптимизации и повышения общей эффективности производства компании совершенствуют технологические процессы.

Повышение технологичности требует от датчиков того или иного процесса все большей скорости, точности, продолжительной и безотказной работы.

Одним из самых популярных датчиков современного производственного процесса является оптический датчик расстояния. Лазерные датчики расстояния — это оптоэлектронное устройство для определения дистанции до того или иного объекта. Бесконтактное измерение расстояния имеет несчетное количество применений. Например, датчик расстояния оптический используют для определения габаритов (толщины, высоты, длины, ширины), контроля минимального или максимального расстояния, позиционирования, уровня наполнения или опорожнения резервуара и т.  д.

Промышленный оптический дальномер работает по одному из двух основных принципов:

  1.  Принцип измерения времени пролета луча. Т.е. лазерный диод датчика излучает импульсы, которые отражаются от цели (объекта измерения) и затем улавливаются фотоприемником того же датчика. Измерив время между моментом излучения импульса и моментом его «возврата», электроника вычисляет расстояние до объекта.
  2. Принцип триангуляции. Излученный свет датчиком отражается объектом и затем «возвращается» в фотоприемник датчика. Методом определения разности фаз посылаемых и принимаемых сигналов вычисляется расстояние. Данный метод также называют фазовым методом измерения.

В зависимости от принципа измерения датчики различаются по сфере применения. Так например, триангуляционный лазерный датчик позволяет производить измерения с точностью до единиц миллиметров и коротким временем измерения (всего несколько миллисекунд), в то время как принцип измерения времени пролета луча позволяет производить измерения на расстояниях превышающих несколько тысяч метров, но точность составит несколько сантиметров.

Современные широкоизвестные производители лазерного датчика расстояния: Baumer, IFM, Leuze, Astech, Micro-Epsilon, Balluff, Datalogic, Omron, Dimetix, TR Electronic, Sick, Sensopart, Di-soric, Pepperl-Fuchs.

Опираясь на опыт успешно реализованных проектов и многолетний опыт продаж оптоэлектронных устройств, специалисты нашей компании готовы оказать техническую поддержку и консультацию по выбору датчика бесконтактного измерения, или подобрать аналог снятой с производства модели. Для заказа и покупки датчика просим Вас связаться с нами по электронной почте [email protected] или по одному из телефонов: Санкт-Петербург (812) 309-05-12 , Москва +7 (499) 703-20-73, Екатеринбург +7 (343) 236-63-20.

Наиболее популярные модели лазерных датчиков расстояния , позволяющие решить большинство задач:

Лазерный датчик расстояния до 1м
№ Производитель Модель Максимальное расстояние
Измерения		 Разрешение Выходной сигнал Время измерения
1 Balluff BOD 6K  0,08 м —   1 мс
2 Balluff BOD 18KF 0,1 м 1 мм   1мс
3 Baumer OADM 12 0,12 м 0,002. ..0,012 мм Аналоговый 0,9 мс
4 Leuze ODS 25 0,2 м 1 мм   5…10 мс
5 Sick DT2 0,3 м   4…20 мА  
6 Balluff BOD 26K 0,3 м 0.08…0.2 мм   1 мс
7 Sick OD 0,4 м   4…20 мА
/PNP/NPN		  
8 Sick DT10 0,5 м   4…20 мА
NPN, PNP		  
9 Leuze ODSL 8 0,5 м 0.01…0.1 мм   2…10 мс
10 Baumer OADM 13 0,55 м 0,005. ..1,15мм Аналоговый 0,9…2 мс
11 Sick DT20 HI 0,6 м   4…20 мА
NPN, PNP		  
12 Balluff BOD 66M 0,6 м 0.5 мм   10.. 50 мс
13  Leuze ODS 96 0,6 м 0.1 мм   2.. 100 мс
14 Baumer OADR 20 0,6 м 0,015 … 0,67 мм Аналоговый 0,9 мс
15 Sick DT20 1 м   4…20 мА  
16 Baumer OADM 21 1 м 0,01 … 0,4 мм Аналоговый 0,9 мс
17 Baumer OADM 20 1 м 0,2 . .. 2,5 мм Аналоговый 0,9 мс

Лазерный датчик расстояния до 10м

№ Производитель Модель Максимальное расстояние
Работы		 Выходной сигнал Время измерения
1 Sick DS30 2 м NPN, PNP  
2 Sick DT200 2 м 4…20 мА  
3 Sick WTA24 3 м 4…20 мА, PNP  
4 Sick DS40 5 м NPN, PNP  
5 Omron E3JK 5 м NPN, PNP 1 мс
6 Balluff BOD 63M 6 м   10 мс
7 Omron E3JM 10 м NPN, PNP 1 мс
8 Omron E3G 10 м NPN, PNP 1 мс
9 Omron E3F2 10 м NPN, PNP 1 мс

Лазерный датчик расстояния до 100м

№ Производитель Модель Максимальный диапазон работы Разрешение Выходной сигнал Время измерения
1 Omron E3ZM 15 м   NPN, PNP 1 мс
2 Omron E3FZ/E3FR 15 м   NPN, PNP 1 мс
3 Sick DS60 20 м   2 х NPN, 2 х PNP  
4 Balluff BOD 66M 20 м 5 мм   10…50 мс
5 Leuze ODSL 96 20 м 1 мм   2…100 мс
6 Sick DL60 24 м   4…20 мА, PNP, NPN  
7 Sick DS500 30 м   NPN, PNP  
8 Sick DT500 30 м   0/4…20 мА, RS 422
Can bus		  
9 Leuze ODSL 30 30 м 0. 1/1 мм   30…100 мс
10 Dimetix EDS-C 30 м   Profibus, SSI 3 Гц
11 Omron E3Z 30 м   NPN, PNP 1 мс
12 Leuze ODS 96 50 м 0.1…1 мм   2…100 мс
13 TR Electronic LLB-65 65 м 0,1мм Аналоговый
Modbus, Profibus, SSI		  
14 IFM O1D100 100 м     20 мс
15 Astech LDM41 100 м 0,1мм Аналоговый
Modbus, Profibus, Ethernet		  

Лазерный датчик расстояния от 100м до 3км

№ Производитель Модель Максимальный диапазон измерения Разрешение Выходной сигнал Частота измерения
1 Sick DME4000 130 м   SSI, Profibus, RS422, DeviceNet, Hiperface  
2 Sick DME2000 130 м   0/4…20 мА, RS232  
3 Dimetix DLS-C 150 м   RS-232 / RS-422
Profibus, SSI		 6 Гц
4 Sick DMT 155 м   4…20 мА, Profibus,
RS 232, RS 422/RS 232		  
5 Sick DMT10-2 155 м   4…20 мА, Profibus,
RS 232, RS 422/RS 232		  
6 Leuze AMS 200 200 м 0. 3..0.7 мм   10 Гц
7 Sick DMD 240 м   Profibus, Interbus, SSI  
8 TR Electronic LE-200 240 м 0,1мм Аналоговый
Modbus, Profibus, SSI		  
9 Sick DME5000 300 м   SSI, Profibus, RS422, DeviceNet  
10 Sick DME3000 500 м   SSI, Profibus, RS422  
11 Astech LDM51 500 м 0,1мм Аналоговый, релейный, RS232 / RS422 / RS485,
Modbus, Profibus, Ethernet		  
12 TR Electronic LLB-500 500 м 0,1мм Аналоговый
Modbus, Profibus, SSI		  
13 Dimetix FLS-C 500 м   RS-232 / RS-422
Profibus, SSI		 200 Гц
14 Sick DML 1100 м   4…20 мА, Profibus, RS 232, RS422/RS232  
15 Astech LDM301 3000 м 1мм Аналоговый, релейный, RS232 / RS422,
Modbus, Profibus, Ethernet		  

Лазерные датчики расстояния Optex FA с контролером CD4

Электроды сварочные «ЛЭЗ» УОНИ 13/55, ⌀ 2, 2.
5, 3, 4, 5, 6 мм

Электроды сварочные УОНИ 13/55 широко применяются для сварки стальных конструкций из низколегированных и углеродистых ст..

Артикул: Optex FA CD4

ID: 00141426

Цена: Уточняйте у менеджера

Доступность: На складе