Датчици за разстояние
(134)Датчиците за разстояние са електронни компоненти, често използвани в много индустрии. На първо място, в индустриалната автоматизация и роботиката - но често ги срещаме и в ежедневието. Много устройства и машини, като автомобили и асансьори, съдържат датчици за разстояние, които ви позволяват да внедрите улеснения и функции за безопасност, като например паркинг асистент или адаптивен круиз контрол. В индустриални условия датчиците за разстояние позволяват да се установи позицията на обекта в производствената/ транспортната линия, да се позиционира обекта, поставен в машината, да се определят неговите размери и т.н. Конструкторите и проектантите избират подходящия тип компонент стриктно в зависимост от характеристиките на приложението, необходимата точност, скоростта на работа и системата, в която датчикът ще изпълнява своята функция. Нека да разгледаме основните параметри на датчиците, които трябва да се имат предвид при търсене на правилното решение.
Какъв е принципът на действие на датчиците за разстояние - технология и обща класификация
Датчиците за разстояние най-често се състоят от три елемента: драйвер, излъчвател и приемник. Контролерът използва предавател за изпращане на сигнал (акустичен, електромагнитен) и след това „изчаква“ вълната да отскочи от най-близката повърхност и да бъде регистрирана от приемника. Измерването може да се извърши по два начина. (1) Като е известно времето и скоростта на вълната, контролерът изчислява изминатото разстояние от сигнала и след това изпраща тази информация на главното устройство. (2) Друг метод е да се регистрира интензивността на отразената светлина (колкото по-слаба е връщащата се вълна, толкова по-голямо е разстоянието, регистрирано от датчика). Основното разделение на датчиците се основава на вида на излъчвания сигнал.
Лазерен датчик за разстояние
Несъмнено предимство на лазерните датчици е точността и обхватът: излъчваният лъч се изпраща до точно определена точка, а доброто му разпространение дава възможност за откриване на обекти, разположени на разстояние дори няколко десетки метра. Едновременно: вземането на проби може да се извърши с честота от няколкостотин херца. В проекти, при които цената на използвания елемент няма ключово значение, лазерният датчик за разстояние обикновено е най-доброто възможно решение.
Инфрачервени и отражателни датчици за разстояние
Наименованието “отражателни” датчици е малко погрешно, тъй като – както е описано по-горе – разпознаването на разстояние обикновено се извършва по принципа на отразяване на някакъв вид сигнал. Елементите от този тип използват IR (т.е. инфрачервено) излъчващи диоди и детектор, например фототранзистор. В сравнение с лазерния лъч, сигналът е по-слаб и по-разсеян. От една страна, това ограничава прецизността на измерването и максималното разстояние - но от друга страна, позволява изграждането на датчици, които откриват обекти, налични в много по-широко поле (условно то може да бъде наречено „зрителното поле на датчика“). Тези видове датчици се използват, наред с други като "детектори на неравности” (англ. cliff sensors) позволяващи на машината да избегне падане - те изпълняват тази функция например в автоматични прахосмукачки. Подобрен обхват и прецизност се постигат чрез използване в един модул на на редица оптрони (англ. sensor array). Снабдена с много изходи, веригата позволява, например, да се открива движение успоредно на равнината на датчика (измерване на скоростта). Тук трябва да се отбележи, че отражателните датчици, които регистрират интензивността на връщащия сигнал, са идеални за откриване на тъмни, поглъщащи светлината повърхности. Следователно те се използват за откриване на отпечатани върху равнинна повърхност линии или преброяване на импулси в енкодери, които контролират скоростта на въртене и положението на оста (датчици за слот).
Ултразвуков датчик за разстояние
За разлика от описаните по-горе фотодетектори, ултразвуковите датчици използват разпространението на акустични вълни. Това решение има няколко предимства. На първо място, датчикът може да открива обекти, изработени от прозрачни материали, както и течности. Веригата за наблюдение на нивото на водата в резервоара може да служи като прозаичен пример за приложение. Тъй като пиезоелектричният излъчвател вибрира - страничен (но желателен) ефект от неговата работа е почистването на сензора, особено от прах и отлагания. В случай на лазерен датчик подобно замърсяване може да доведе до грешни показания. Ултразвуковите сензори са лесни за внедряване, те също не са скъпи продукти, което ги прави популярни сред любители-хобисти, особено при конструирането на самоходни роботи (откриване на препятствия).
Интерфейс на датчика за разстояние
Второто ключово съображение при избора на датчик за разстояние е видът на интерфейса. Основното разделение е, разбира се, аналогов или цифров изход.
Аналогов изход
Благодарение на аналоговия изход (токов или напреженов), системата за управление (напр. микроконтролер) има директен достъп до показанията на датчика и може да анализира, коригира, калибрира и компенсира измерването спрямо факторите на околната среда. Това също така улеснява софтуерното калибриране на сензора. Освен това конструкторът може да използва аналоговия сигнал за генериране на прекъсвания, така че превишаването на зададената стойност ще доведе до незабавна реакция на системата за управление. С аналогов интерфейс най-често се срещаме в случай на отражателни датчици - изходът може да бъде например колектор за фототранзистор.
Цифров интерфейс
Несъмнено предимство на цифровите интерфейси е тяхната устойчивост на електромагнитно излъчване и ограничението на броя на необходимите проводници. В случай на аналогов интерфейс, всеки датчик заема една линия на контролера (или мултиплексор, A/С конвертор). Използването на такъв метод на трансмисия като например I2C позволява (теоретично) да свържете буквално стотици датчици към една линия. Цифровите интерфейси са желано решение в индустриалните условия, тъй като позволяват лесна интеграция със съществуващите системи за управление.
Склад:
