цифровая электроника
вычислительная техника
встраиваемые системы

 
» » Датчики приближения: обзор различных технологий


Датчики приближения: обзор различных технологий

Автор: Mike(admin) от 10-11-2021, 03:55

Датчики приближения: разновидности


В настоящее время существует множество технологий, которые подпадают под иерархию датчиков приближения, которые чаще всего используются в качестве бесконтактного метода для обеспечения либо простого обнаружения объекта, либо точного измерения расстояния до объекта. Каждая из этих технологий имеет различные принципы работы, сильные стороны и недостатки.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Однако, имея такое разнообразие доступных опций, как инженер выбирает технологию, лучше всего подходящую для его проекта? Чтобы помочь разработчикам в этом процессе, в этой статье будут обсуждаться четыре из самых популярных технологий датчиков приближения.


Итак, к этим технологическим решениям относятся:


  • Ультразвуковые датчики
  • Фотоэлектрические датчики
  • Лазерный дальномер
  • Индуктивные датчики

Емкостные датчики и датчики на эффекте Холла – это две другие популярные технологии датчиков приближения, которые здесь не рассматриваются из-за их обычно ограниченного использования, как правило в ситуациях детектирования объектов на очень близком расстоянии. Прежде чем углубляться в каждую из четырех технологий, выделенных выше, важно отметить, что никакая технология датчиков приближения не может предложить универсальное решение для каждого приложения и предполагаемого использования. При выборе технологии датчика приближения следует учитывать множество факторов, таких как стоимость, дальность обнаружения, размер корпуса, частота обновления и влияние материалов. Понимание того, где каждая технология попадает в спектр этих различных факторов и какие из них являются наиболее важными для конечного приложения, будет ключом к правильному выбору.


Ультразвуковые датчики


Ультразвуковые датчики генерируют ультразвуковые импульсы звука и измеряют время, необходимое для того, чтобы этот импульс отразился от объекта и вернулся. Их можно использовать для расчета расстояния до указанного объекта или просто для обнаружения его присутствия. Реализация ультразвукового датчика может использовать либо отдельные модули передатчика и приемника, в которых передатчик излучает сигналы, а приемник их обнаруживает, либо функции передачи и приема могут быть объединены в один модуль, известный как ультразвуковой приемопередатчик. В реализациях, где используются отдельные модули передатчика и приемника, они обычно располагаются как можно ближе друг к другу для обеспечения максимальной точности.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Благодаря простой конструкции ультразвуковые датчики представляют собой недорогой вариант с рядом преимуществ, которые делают их подходящими для широкого круга приложений. Ультразвуковые датчики, способные передавать сотни импульсов в секунду, обладают высокой точностью и высокой частотой обновления. Поскольку ультразвуковые датчики основаны на звуке, а не на электромагнитных волнах, цвет и прозрачность объектов, а также работа в светлой или темной среде не влияют на точность или работу. Кроме того, по мере того, как звуковые волны распространяются со временем, область их обнаружения увеличивается, что может быть сильной или слабой стороной в зависимости от требований конструкции.


Хотя на звук не влияет свет или темнота, на скорость звука влияют изменения температуры воздуха. Любые резкие изменения этой температуры могут сильно повлиять на точность ультразвуковых датчиков. Это можно компенсировать измерением температуры, чтобы обновить любые расчеты, но это все еще ограничение технологии. Эти звуковые волны также могут быть ограничены мягкими или абсорбирующими материалами, которые не позволяют звуку отражаться так же эффективно. Наконец, ультразвуковые датчики не предназначены для использования под водой, и их зависимость от звуковых волн означает, что они не работают в вакууме, где нет среды для передачи звука.


Фотоэлектрические датчики


Наиболее эффективные для обнаружения отсутствия или присутствия фотоэлектрические датчики широко известны благодаря их использованию в датчиках гаражных ворот или подсчете посетителей в магазинах, а также в других промышленных, жилых и коммерческих целях. Без движущихся частей фотоэлектрические датчики обычно имеют длительный жизненный цикл. Они могут чувствовать большинство материалов, но прозрачные объекты или вода могут вызвать проблемы. Они имеют несколько различных реализаций: на пересечение луча, на световозвращение и на диффузное отражение. Датчик с пересечением луча (на следующем рисунке) – это то, что используется как упомянутый выше датчик двери гаража, с передатчиком и приемником, расположенными напротив друг друга. Любой разрыв луча между этими двумя точками указывает датчику на присутствие объекта.


Датчики приближения: обзор различных технологий

При использовании световозвращательного датчика (на следующем рисунке) передатчик и приемник размещаются рядом друг с другом, а обратный отражатель размещается напротив, который отражает луч от передатчика к приемнику.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Датчик диффузного отражения (на следующем рисунке) работает аналогично световозвращающему, но вместо того, чтобы отражать лучи от отражателя, оно отражает луч от любого ближайшего объекта, как ультразвуковые датчики. Однако при такой реализации нет возможности вычислять расстояние.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Различные реализации также имеют свои преимущества, так как световозвращающие обеспечивают большие дальности обнаружения и быстрое время отклика, в то время как диффузное отражение хорошо обнаруживает небольшие объекты. Фотоэлектрические датчики также являются надежным решением, обычно используемым в промышленных условиях, если линзы не загрязнены. С учетом сказанного, вычисление расстояния – это практически нереализуемая возможность фотоэлектрических датчиков, при этом цвет объекта, а также отражательная способность может вызвать проблемы. Различные фотоэлектрические реализации также требуют тщательного монтажа и юстировки, что может привести к дополнительным сложностям в комплексных системах.


Лазерный дальномер


Используя электромагнитные лучи, а не звуковые волны, лазерные дальномеры работают по тем же принципам, что и ультразвуковые датчики. Хотя в последние годы эта технология стала более экономически жизнеспособной, она по-прежнему является гораздо более дорогим вариантом по сравнению с ультразвуковыми и другими технологиями. Технология лазерного дальномера действительно имеет чрезвычайно большую дальность обнаружения до сотен или тысяч метров, а также быстрое время отклика. Из-за того, что скорость света намного превышает скорость звука, измерение времени пролета может быть проблемой для датчиков лазерного дальномера. Здесь можно использовать такие реализации, как интерферометрия, для снижения затрат и повышения точности.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Как упоминалось ранее, лазерный дальномер – безусловно, самая дорогостоящая технология, обсуждаемая в этой статье, что делает ее менее доступной для многих инженеров. Лазеры, используемые в этой сенсорной технологии, также потребляют много энергии, что ограничивает их использование в портативных устройствах, а также подвергает пользователей потенциальным рискам для безопасности глаз. В зависимости от предполагаемого применения относительно сфокусированная зона восприятия лазера и отсутствие дисперсии можно рассматривать как преимущество или ограничение. Лазерные дальномеры также плохо работают с водой или стеклом.


Индуктивные датчики


Индуктивные датчики, основанные на более старом принципе работы, в последнее время получили более широкое распространение. Однако в отличие от трех других технологий, рассмотренных до сих пор, индукционная технология подходит только для металлических предметов. Индуктивные датчики работают, обнаруживая изменения в их магнитном поле, когда металлические объекты попадают в зону его действия. Это основной принцип работы любого металлоискателя.


Датчики приближения: обзор различных технологий

Помимо обычных металлодетекторов, индуктивные датчики имеют широкий диапазон обнаружения, обычно от миллиметров до метров. К областям применения могут относится приложения ближнего действия, такие как подсчет оборотов шестерен, или реализации с большим радиусом действия, такие как обнаружение транспортных средств на дорогах. Они лучше всего работают с черными металлами (например, с железом и сталью), но все же могут обнаруживать немагнитные объекты с уменьшенным диапазоном обнаружения. Индуктивные датчики также могут похвастаться чрезвычайно высокой частотой обновления, простым управлением и гибкостью с точки зрения дальности обнаружения. Однако в конечном итоге они ограничены тем, что могут ощущать, и подвержены помехам из различных источников.


Итоги


При выборе технологии датчика приближения следует учитывать множество факторов. Понимание преимуществ и компромиссов различных технологий, обсуждаемых в этой статье, может облегчить этот процесс выбора.


Хотя каждая технология имеет наиболее подходящее применение, ультразвуковые датчики часто являются хорошим общим выбором из-за их низкой стоимости, способности обнаруживать присутствие и измерять расстояние и, как правило, простой реализации. Вот почему ультразвуковые датчики используются в таком широком спектре конструкций, продолжая находить новые применения.




© digitrode.ru


Теги: датчик расстояния, датчик движения




Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий