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.

Часті запитання про датчики відстані

Датчики відстані працюють, випромінюючи певний сигнал (наприклад, лазер, інфрачервоне світло або ультразвукові хвилі), а потім зчитуючи, як змінився сигнал при поверненні. Ця зміна може полягати в інтенсивності сигналу, що повертається, або в часі, який потрібен для повернення сигналу

Датчики відстані можуть вимірювати відстань до об’єкта. А датчики наближення використовуються для виявлення наявності об’єктів у полі зору датчика, не вказуючи на якій відстані вони знаходяться.

Датчик має керамічний перетворювач, який вібрує, коли на нього подається електрична енергія. Вібрації хвилеподібно стискають і розширюють молекули повітря від поверхні датчика до цільового об’єкта. Перетворювач як передає, так і приймає звук. Ультразвуковий датчик вимірюватиме відстань, випромінюючи звукову хвилю, а потім «прослуховуючи» протягом встановленого періоду часу, враховуючи зворотне відлуння звукової хвилі, що відбивається від цілі, перед повторною передачею

Лазерні вимірювальні прилади засновані на принципі відбиття лазерного променя. Для вимірювання відстані датчик випромінює імпульс лазера в напрямку об’єкта. Час, необхідний лазерному променю, щоб дістатися до об’єкта і повернутися назад, забезпечує вимірювання відстані

Ультразвукові датчики працюють на частотах звуку в діапазоні 30-500 кГц. Зі збільшенням частоти ультразвуку зростає швидкість загасання. Таким чином, низькочастотні датчики (30-80 кГц) більш ефективні для великої дальності, в той час як високочастотні датчики більш ефективні для малої дальності.

Мертва зона – перша область, розташована прямо перед ультразвуковою головкою датчика. У цій зоні датчик не бачить об’єкт. Розмір сліпої зони датчика становить близько 10-15% від максимальної дальності датчика

Вивчення Вимірювання Відстані

Ви коли-небудь відчували розчарування від спроби точно виміряти щось, але виявляли, що ваш вимірювальний інструмент не вдається?

Незалежно від того, любите ви DIY чи професіонал у цій галузі, точність ваших вимірювань може зробити ваш проект кращим або кращим.

Потреба в точних вимірюваннях важлива не тільки для естетики, але й для безпеки та функціональності.

У світі, де кожен дюйм на рахунку, здатність вимірювати відстані з високою точністю є надзвичайно важливою.

Маючи це на увазі, давайте заглибимося у світ вимірювання відстані та дослідимо інструменти та методи, які допоможуть вам досягти необхідної точності.

Вимірювання розмірів відноситься до процесу вимірювання розмірів і форми об’єктів. Вимірювання відстані – це тип вимірювання розмірів, який використовується для вимірювання відстані між двома точками.

Ось кілька способів, якими вимірювання відстані відрізняється від інших типів вимірювання розмірів:

Чим відрізняється вимірювання відстані

• Вимірювання відстані використовується для вимірювання відстані між двома точками, тоді як інші типи вимірювання розмірів використовуються для вимірювання розміру та форми об’єктів.
• Вимірювання відстані зазвичай виконується за допомогою таких інструментів, як лазерні датчики відстані, тоді як інші типи вимірювання розмірів можуть використовувати різні інструменти залежно від вимірюваного об’єкта.
• Вимірювання відстані часто використовується в таких додатках, як будівництво, виробництво та інженерія, тоді як інші типи вимірювання розмірів можуть використовуватися в ширшому діапазоні застосувань.

Одиниці вимірювання

Одиниці вимірювання, які використовуються для вимірювання відстані, включають як метричні, так і неметричні одиниці. Ось кілька прикладів:

1. Метричні одиниці:Найбільш часто використовуваними метричними одиницями відстані є міліметр, сантиметр, метр і кілометр. Одиницею відстані в СІ є метр, який визначається як довжина шляху, пройденого світлом у вакуумі за інтервал часу 1/299 792 458 секунди.
2. Неметричні одиниці:В англійській системі основними одиницями вимірювання довжини або відстані є дюйм, фут, ярд і миля. Інші неметричні одиниці довжини включають стержень, стадій і ланцюг.
3. Одиниці CGS:У системі CGS для вимірювання відстані використовується сантиметр/см.

Зверніть увагу, що відповідна одиниця вимірювання залежить від масштабу вимірюваної відстані. Наприклад, міліметри та сантиметри підходять для вимірювання невеликих відстаней, тоді як кілометри більше підходять для вимірювання великих відстаней.

Фактори навколишнього середовища

Фактори навколишнього середовища можуть різними способами впливати на вимірювання розмірів. Ось кілька прикладів:

• температура:Температура навколишнього середовища може впливати на вимірювання розмірів, особливо на бічні вимірювання. Зміни температури також є значним джерелом похибок для вимірювань координатно-вимірювальної машини (CMM), і їх потрібно контролювати, щоб забезпечити точні вимірювання.
• вологість:Вологість є ще одним фактором навколишнього середовища, який може впливати на вимірювання ШМ. Висока вологість може спричинити іржу та корозію на поверхнях машини, що може вплинути на її точність.
• Пил:Частинки пилу в повітрі можуть осідати на поверхні вимірюваного об’єкта або вимірювального приладу, викликаючи похибки у вимірюванні.
• Вібрація і звуковий шум:Вібрація та звуковий шум у навколишньому середовищі можуть спричинити вібрацію вимірювального приладу, що призведе до похибок вимірювань.
• Енергетичні показники:У екологічному вимірі енергетичні показники вимірюють вплив на якість повітря, землі та води. Екологічний вплив може змінюватися залежно від методів вимірювання.
• Алгоритм підгонки:Алгоритм підгонки, який використовується для вимірювань ШМ, також може впливати на похибку вимірювання. Якщо алгоритм не підходить для вимірюваної функції, похибка вимірювання може бути значною.

Важливо контролювати ці фактори навколишнього середовища, щоб забезпечити точні вимірювання розмірів. Калібрування вимірювального приладу також необхідне для врахування будь-якого дрейфу даних з часом.

Революційне вимірювання розмірів: потужність лазерної технології

Якщо ви шукаєте точний і ефективний спосіб вимірювання відстані, не дивіться далі, ніж лазерне вимірювання. Ця технологія використовує лазерний промінь для точного обчислення відстані між двома точками, що робить її ідеальною для широкого спектру застосувань.

Лазерне вимірювання забезпечує неперевершену точність і швидкість — від будівництва до виробництва та наукових досліджень.

Крім того, він безконтактний, тому вам не доведеться турбуватися про те, що ви пошкодите свої матеріали чи завадите роботі.

Незалежно від того, чи потрібно вам вимірювати короткі чи великі відстані, у приміщенні чи на відкритому повітрі, лазерне вимірювання є потужним інструментом, який може допомогти вам виконати роботу швидко й точно.

Тож чому б не спробувати й подивитися, як це може змінити ваш процес вимірювання розмірів?

Для отримання додаткової інформації:

Досягнення в технології вимірювання відстані

У технології вимірювання відстані було досягнуто кілька досягнень. Ось кілька прикладів:

1. Активний оптичний часпрольоту:Це метод дистанційного зондування для оцінки відстані між датчиком і цільовим об’єктом шляхом освітлення об’єкта.
2. HDDM+:Ця технологія підходить для використання всередині і на вулиці, а також для вимірювання відстані до дифузно відбиваючих об’єктів.
3. Вимірювання в процесі:Це нова галузь, що виникла в цифрову еру, яка передбачає використання розмірних і геометричних вимірювальних приладів.
4. Методи оптичного зондування:Існують різні методи безконтактного оптичного зондування, які можна використовувати для вимірювання відстані до об’єктів і пов’язаних параметрів, таких як переміщення.
5. NIST:Національний інститут стандартів і технологій (NIST) брав участь в еволюції одиниці вимірювання довжини та розмірів СІ.

Загалом, ці досягнення в технології вимірювання відстані дозволили більш точні й точні вимірювання довжини, відстані, положення, площі, кута, контуру та інших пов’язаних параметрів.

Застосування вимірювання відстані

Вимірювання відстані є ключовим аспектом вимірювання розмірів у різних галузях промисловості. Ось кілька способів використання вимірювання відстані в різних сферах:

1. Машинне навчання:Вимірювання відстані відіграють важливу роль у машинному навчанні. Вони є основою для багатьох популярних і ефективних алгоритмів машинного навчання, таких як k-найближчі сусіди для контрольованого навчання та кластеризація k-середніх для неконтрольованого навчання. Залежно від типів даних необхідно вибирати та використовувати різні міри відстані.
2. Охорона здоров’я:У більшості досліджень охорони здоров’я, які передбачають вимірювання доступу людей до ресурсів, пов’язаних зі здоров’ям, як міра доступності використовується мережева відстань або час у дорозі. Однак більшість досліджень, які використовують мережеву відстань або час у дорозі для вимірювання доступності, не враховують затори та затримки в дорозі, спричинені світлофорами. Більш точний час у дорозі можна оцінити за допомогою симуляції дорожнього руху, яка може врахувати ці аспекти, використовуючи відповідний попит на поїздки та дані світлофорів.
3. Психологія та соціальні науки:У психології, географії людини та соціальних науках відстань часто теоретизують не як об’єктивне числове вимірювання, а як якісний опис суб’єктивного досвіду. Наприклад, психологічна дистанція — це «різні способи, якими об’єкт може бути віддалений» від «я» за такими параметрами, як «час, простір, соціальна дистанція та гіпотетичність».
4. Наука про дані:Заміри відстані використовуються в науці про дані, щоб дослідити переваги та недоліки різних заходів відстані, які використовуються в програмах машинного навчання. Наприклад, евклідова відстань є загальновживаною мірою відстані, яку можна пояснити як довжину відрізка, що з’єднує дві точки. Однак для обліку різних типів даних були розроблені інші міри відстані.
5. Фізика і геометрія:Вимірювання відстані використовується у фізиці та геометрії для визначення відстані між фізичними місцями в різних контекстах. Пряма або евклідова відстань формалізується математично як евклідова відстань у дво- та тривимірному просторі. У геометрії Евкліда часто позначають відстань між двома точками А і В.

Загалом, вимірювання відстані є ключовим аспектом вимірювання розмірів у різних галузях промисловості, і різні заходи вимірювання відстані необхідно вибирати та використовувати залежно від типів даних і контексту, у якому вони використовуються.

Остаточні роздуми та наслідки

Завершуючи цю статтю про вимірювання відстані, я не можу не відчути збентеження та захоплення величезною складністю цієї, здавалося б, простої концепції. Від розуміння методів вимірювання відстані до вивчення додатків і завдань, є так багато, щоб розпакувати та дослідити.

Моя унікальна точка зору на цю тему полягає в тому, що наше сприйняття відстані не обмежується лише фізичними вимірюваннями. Насправді відстань можна виміряти багатьма способами – емоційно, розумово і навіть духовно. Відстань між двома людьми можна відчути в тому, як вони спілкуються, рівні близькості, яку вони поділяють, і глибину їх зв’язку.

Крім того, на наше сприйняття відстані також можуть впливати зовнішні фактори, такі як культура, мова та суспільні норми. Відстань в одну милю може означати щось зовсім інше в сільській місцевості порівняно з гамірним містом.

Оскільки ми продовжуємо розвиватися у вимірюванні відстані, важливо пам’ятати про багатовимірність цієї концепції. Ми повинні прагнути не лише точно вимірювати фізичну відстань, але й враховувати вплив емоційної, розумової та культурної дистанції на наші взаємодії та стосунки.

Підсумовуючи, вимірювання відстані є складним і багатогранним поняттям, яке виходить за рамки просто фізичних вимірювань. Оскільки ми продовжуємо досліджувати та досягати успіхів у цій галузі, давайте не забувати про важливість розгляду багатовимірності відстані в нашому особистому та професійному житті.

Розуміння метрологічних одиниць вимірювання

Порада: увімкніть кнопку субтитрів, якщо вона вам потрібна. Виберіть «автоматичний переклад» у кнопці налаштувань, якщо ви не знайомі з англійською мовою. Можливо, вам доведеться спершу натиснути мову відео, перш ніж ваша улюблена мова стане доступною для перекладу.

Посилання та посилання

Самонагадування: (статус статті: ескіз)