Afstandssensorer
(134)Afstandssensorer er elektroniske komponenter, der ofte bruges i mange brancher. Først og fremmest bruges de i industriel automatisering og robotteknologi, men vi støder også ofte på dem i hverdagen. Mange enheder og maskiner, f.eks. biler og elevatorer, indeholder afstandssensorer, som gør det muligt at implementere sikkerhedsfunktioner, f.eks. en parkeringsassistent eller adaptiv fartpilot. Under industrielle forhold gør afstandssensorer det muligt at registrere et objekts position på produktions-/transmissionslinjen, placere objektet i maskinen, bestemme dets størrelse osv. Konstruktører og designere vælger den rette type komponent helt afhængigt af applikationens karakteristika, den krævede nøjagtighed, driftshastigheden og det system, hvor sensoren skal spille sin rolle. Lad os se på de grundlæggende parametre for sensorer, som bør overvejes, når man leder efter den rigtige løsning.
Hvordan afstandssensorer fungerer - teknologi og klassificering
Afstandssensorer består oftest af tre elementer: en controller, en sender og en modtager. Controlleren bruger senderen til at sende et signal (akustisk, elektromagnetisk) og "venter" derefter på, at bølgen preller af på den nærmeste overflade og bliver registreret af modtageren. Målingen kan foretages på to måder. (1) Ud fra tiden og bølgens udbredelseshastighed beregner controlleren den afstand, som signalet har tilbagelagt, og sender derefter disse oplysninger til masterenheden. (2) En anden metode er at registrere intensiteten af det reflekterede lys (jo svagere den tilbagevendende bølge er, desto større er den afstand, sensoren registrerer). Den grundlæggende opdeling af sensorer er baseret på typen af det udsendte signal.
Laserafstandssensor
Den utvivlsomme fordel ved lasersensorer er deres nøjagtighed og rækkevidde: Den udsendte stråle sendes til et præcist defineret punkt, og dens passende udbredelse gør det muligt at registrere objekter, der befinder sig i en afstand af selv flere dusin meter. Samtidig kan prøveudtagning udføres med en frekvens på flere hundrede hertz. I projekter, hvor komponentens pris ikke spiller en afgørende rolle, vil en laserafstandssensor normalt være den bedst mulige løsning.
Infrarøde og reflekterende afstandssensorer
"Reflekterende" sensorer har et lidt misvisende navn, for som beskrevet ovenfor sker afstandsregistrering normalt ved at reflektere en eller anden form for signal. Elementer af denne type bruger IR-emitterende (dvs. infrarøde) dioder og en detektor, f.eks. en fototransistor. Sammenlignet med en laserstråle er signalet svagere og spredes. På den ene side begrænser det målingens præcision og dens maksimale afstand, og på den anden side giver det mulighed for at konstruere sensorer, der registrerer objekter i et meget bredere felt (de kan konventionelt kaldes "sensoren's synsfelt"). Denne type sensorer bruges blandt andet som "klipsensorer", der forhindrer maskinen i at falde - denne rolle findes for eksempel i automatiske støvsugere. Rækkevidden og præcisionen forbedres ved at bruge en række sensorarrays i et enkelt modul. Udstyret med mange udgange gør kredsløbet det f.eks. muligt at registrere bevægelser parallelt med sensorplanet (hastighedsmåling). Det skal her bemærkes, at reflektionssensorerne, der registrerer intensiteten af det tilbagevendende signal, er perfekte til at registrere mørke, lysabsorberende overflader. De bruges derfor til at detektere trykte linjer eller tælle impulser i enkodere, der styrer rotationshastigheden og aksens position (sporsensorer).
Ultralydsafstandssensor
Ultralydssensorer bruger, i modsætning til de ovenfor beskrevne fotodetektorer, udbredelsen af akustiske bølger. Denne løsning har flere fordele. Først og fremmest kan sensoren registrere genstande af gennemsigtige materialer samt væsker. Et eksempel på daglig brug er et kredsløb, der overvåger vandstanden i en tank. Da den piezoelektriske emitter vibrerer, er en (ønskelig) bivirkning ved driften, at sensoren rengøres, især for støv og pletter. I tilfælde af en lasersensor kan lignende forurening føre til fejlagtige aflæsninger. Ultralydssensorer er nemme at implementere og billige, hvilket gør dem populære blandt amatørbyggere, især ved konstruktion af selvkørende robotter (forhindringsdetektering).
Grænseflade til afstandssensor
Et andet vigtigt spørgsmål, man skal overveje, når man vælger en afstandssensor, er typen af interface. Den grundlæggende opdeling er selvfølgelig opdelingen i analoge og digitale grænseflader.
Analogt interface
Takket være den analoge grænseflade (strøm eller spænding) har styresystemet (f.eks. en mikrocontroller) direkte adgang til sensoraflæsningerne og kan analysere, korrigere, kalibrere og kompensere målingen i forhold til miljøfaktorer. Det letter også softwarekalibrering af sensoren. Desuden kan konstruktøren bruge det analoge signal til at generere afbrydelser, så overskridelse af den indstillede værdi vil resultere i en øjeblikkelig reaktion fra styresystemet. Den mest almindelige anvendelse af analoge grænseflader er i forbindelse med refleksionssensorer - grænsefladen kan f.eks. være en fototransistor-kollektor.
Digital grænseflade
Den utvivlsomme fordel ved digitale grænseflader er deres modstandsdygtighed over for elektromagnetisk stråling og begrænsningen af det nødvendige antal ledninger. I forbindelse med den analoge grænseflade optager hver sensor en linje i controlleren (eller multiplexeren, A/C-konverteren). Brugen af en transmissionsmetode som f.eks. I2C gør det (teoretisk) muligt at forbinde bogstaveligt talt hundredvis af sensorer til én linje. Digitale grænseflader er en ønskværdig løsning i industrielle sammenhænge, da de giver mulighed for nem integration med eksisterende styresystemer.
Lagerbygning:
