ЖУРНАЛ «СТА» 1/2019

на рис. 1. С помощью датчиков компа- нии можно контролировать зазоры, га- бариты, дистанции, расстояния от еди- ниц микрон до десяти километров. Этот диапазон изображён на логарифмиче- ской шкале в центре рисунка, от 1 мкм до 10 км, что составляет 10 (!) порядков. Датчики работают на различных прин- ципах действия, каждая группа датчи- ков имеет свои конструктивные осо- бенности, свои достоинства и недостат- ки, которые определяют, в свою оче- редь, возможные применения. У ЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ДАТЧИКИ Ультразвуковые датчики, или, в на- шем случае, ультразвуковые датчики приближения измеряют дистанции эхо- локационным методом. Чаще всего ультразвуковой излучатель и ультразву- ковой приёмник расположены в одном корпусе (хотя у компании существуют и иные конструкции). Пьезоэлектриче- ский излучатель создаёт ультразвуковой луч в направлении объекта. В качестве объектов могут выступать твёрдые и жидкие материалы достаточных разме- ров. Луч, достигнув объекта, отражается от него в направлении датчика. Пьезо- электрический приёмник улавливает отражённый от объекта луч. Электрон- ный преобразователь датчика измеряет время, затраченное лучом на движение в сторону объекта и назад. По извест- ной скорости распространения ультра- звукового луча в воздушной среде пре- образователь датчика вычисляет дис- танцию от датчика до объекта. Разрешение ультразвуковых датчиков и их рабочие дистанции таковы, что ультразвуковые датчики компании ра- ботают в диапазонах расстояний от де- сятых долей миллиметра до 10 метров. С выхода ультразвукового датчика сни- мается аналоговый сигнал или сигнал иного стандарта о расстоянии до объекта. Важные достоинства ультразвуковых датчиков: ● распространению ультразвукового сигнала (а, значит, и обнаружению объекта) не препятствует воздушная среда с большим содержанием пыли, иных взвешенных частиц в воздухе. Ультразвуковой датчик, как правило, работоспособен в непрозрачной воз- душной среде, работоспособен там, где любой оптический датчик уже не сможет работать; ● ультразвуковой луч (сигнал) хорошо отражается как от твёрдых, так и от жидких поверхностей, причём не имеют значения цветность, прозрач- ность и шероховатость отражатель- ной поверхности объекта; ● если сравнить рабочие дистанции двух датчиков, ультразвукового и ин- дуктивного, имеющих примерно оди- наковые по размеру корпуса, то рабо- чие дистанции первого датчика будут в 20–50 раз больше, чем у второго. Особенности ультразвуковых датчиков: ● датчик имеет определённую диаграм- му направленности распространения ультразвукового сигнала – макси- мальная мощность сигнала излучает- ся вдоль оси излучателя (датчика), значительно меньшая мощность сиг- нала излучается в направлениях, от- личных от оси излучателя. Конструк- тивными приёмами при производстве датчиков удаётся существенным об- разом варьировать угол расхождения ультразвукового сигнала: в одних дат- чиках можно достичь очень узкого угла расхождения сигнала (сигнал бу- дет своеобразным ультразвуковым щупом или указкой), в других датчи- ках можно получить очень широкий (в десятки градусов) угол расхожде- ния сигнала, в третьих датчиках угол распространения луча может быть на- строен пользователем для своей про- изводственной задачи; ● ультразвуковой излучатель датчика вибрирует и не только на ультразву- ковой частоте; это способствует само- очищению, некоторому стряхиванию пыли с приёмоизлучающей поверх- ности датчика; ● обычно ультразвуковые датчики рабо- тают на частотах от десятков до сотен килогерц. В силу физики процесса скорость распространения ультразву- кового сигнала в воздушной среде не слишком велика, и должен быть пе- АППА РАТ НЫЕ С Р Е ДС Т В А / ДАТ ЧИКИ СТА 1/2019 73 www.cta.ru Рис. 1. Совокупные возможности датчиков компании Pepperl+Fuchs для измерения перемещений и дистанций 1 мкм 10 мкм 0,1 мм 1 мм 10 мм 100 мм 1 м 10 м 100 м 1 км 10 км Тросовые механизмы, сочленённые с энкодерами Ультразвуковые датчики 2D-сканеры пространства (лидары) Лазерные дальномеры Индуктивные датчики системы Микроволновые радиодатчики Оптические камеры + кодовый рельс Оптические камеры + кодовая лента Сравнение измерительных диапазонов датчиков различных принципов действия для задач контроля расстояния между датчиком и объектом.