測(cè)距傳感器

測(cè)距傳感器的寫法

測(cè)距傳感器介紹

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，由換能晶片在電壓的激勵(lì)下發(fā)生振動(dòng)產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長(zhǎng)短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點(diǎn)。

激光測(cè)距傳感器：先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。

激光原理

傳輸時(shí)間激光傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間，因?yàn)楣馑偬臁?/p>

激光應(yīng)用

激光測(cè)距傳感器的優(yōu)勢(shì):激光測(cè)距傳感器INSIGHT-60核心技術(shù)指標(biāo)

1、激光測(cè)距傳感器

2、測(cè)量距離范圍0.-60米，200米，要使用反光板

3、全程精度誤差1.5毫米

4、激光連續(xù)使用壽命超過(guò)5萬(wàn)個(gè)小時(shí)（5年）

5、具備標(biāo)準(zhǔn)的RS232、RS422的通訊串口

6、同時(shí)具備數(shù)字信號(hào)和4-20MA模擬型號(hào)輸出。模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)距離值可自行設(shè)定

7、激光測(cè)距傳感器可以和以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)ASC2碼

8、簡(jiǎn)潔實(shí)用的通訊軟件保證了現(xiàn)場(chǎng)工作的準(zhǔn)確方便

一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)展

激光在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，技術(shù)含量十分豐富，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測(cè)距是激光最早的應(yīng)用之一。這是由于激光具有方向性強(qiáng)、亮度高、單色性好等許多優(yōu)點(diǎn)。1965年前蘇聯(lián)利用激光測(cè)地球和月球之間距離（380´103km）誤差只有250m。1969年美國(guó)人登月后置反射鏡于月面，也用激光測(cè)量地月之距，誤差只有15cm。

利用激光傳輸時(shí)間來(lái)測(cè)量距離的基本原理是通過(guò)測(cè)量激光往返目標(biāo)所需時(shí)間來(lái)確定目標(biāo)距離。即：。

傳輸時(shí)間激光測(cè)距雖然原理簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但以前主要用于軍事和科學(xué)研究方面，在工業(yè)自動(dòng)化方面卻很少見(jiàn)。因?yàn)榧す鉁y(cè)距傳感器售價(jià)太高，一般在幾千美元。實(shí)際上，所有工業(yè)用戶都在尋找一種能在較遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)精密距離檢測(cè)的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器會(huì)受物理位置及生產(chǎn)環(huán)境的限制，如今的傳輸時(shí)間激光測(cè)距傳感器將為這類場(chǎng)合的工程師排憂解難。

二、工作原理

例如，光速約為3´108m/s，要想使分辨率達(dá)到1mm，則傳輸時(shí)間測(cè)距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時(shí)間：0.001m¸(3´108m/s)=3ps要分辨出3ps的時(shí)間，這是對(duì)電子技術(shù)提出的過(guò)高要求，實(shí)現(xiàn)起來(lái)造價(jià)太高。但是如今廉價(jià)的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開(kāi)了這一障礙，利用一種簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率，并且能保證響應(yīng)速度。

三、解決其它技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題

傳輸時(shí)間激光距離傳感器可用于其它技術(shù)無(wú)法應(yīng)用的場(chǎng)合。例如，當(dāng)目標(biāo)很近時(shí)，計(jì)算來(lái)自目標(biāo)反射光的普通光電傳感器也能完成大量的精密位置檢測(cè)任務(wù)。但是，當(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)內(nèi)或目標(biāo)顏色變化時(shí)，普通光電傳感器就難以應(yīng)付了。

雖然先進(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測(cè)量傳感器在目標(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作，但是，在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r，其性能的可預(yù)測(cè)性變差。此外，三角測(cè)量傳感器一般量程只限于0.5m以內(nèi)。

超聲波傳感器雖然也經(jīng)常用于檢測(cè)距離較遠(yuǎn)的物體，而且由于它不是光學(xué)裝置，所以不受顏色變化的影響。但是，超聲波傳感器是依據(jù)聲速測(cè)量距離的，因此存在一些固有的缺點(diǎn)，不能用于以下場(chǎng)合。

①待測(cè)目標(biāo)與傳感器的換能器不相垂直的場(chǎng)合。因?yàn)槌暡z測(cè)的目標(biāo)必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以內(nèi)。

②需要光束直徑很小的場(chǎng)合。因?yàn)橐话愠暡ㄊ陔x開(kāi)傳感器2m遠(yuǎn)時(shí)直徑為0.76cm。

③需要可見(jiàn)光斑進(jìn)行位置校準(zhǔn)的場(chǎng)合。

④多風(fēng)的場(chǎng)合。

⑤真空?qǐng)龊稀?/P>

⑥溫度梯度較大的場(chǎng)合。因?yàn)檫@種情況下會(huì)造成聲速的變化。

⑦需要快速響應(yīng)的場(chǎng)合。

而激光距離傳感器能解決上述所有場(chǎng)合的檢測(cè)。

四、在自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛用途

如今，自動(dòng)檢測(cè)和控制的方法中，除了超聲波傳感器和普通光電傳感器外，又增加了一個(gè)能解決長(zhǎng)距離測(cè)量和檢驗(yàn)的新方法—傳輸時(shí)間激光距離傳感器。它為各種不同場(chǎng)合提供了應(yīng)用的靈活性，這些場(chǎng)合可包括如下：

①設(shè)備定位。

②測(cè)量料包的料位。

③測(cè)量傳送帶上的物體距離和物體高度。

④測(cè)量原木直徑。

⑤保護(hù)高架起重機(jī)免于碰撞。

⑥無(wú)誤差檢查場(chǎng)合。

超聲波原理

為了研究和利用超聲波，人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器。總體上講，超聲波發(fā)生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產(chǎn)生超聲波，一類是用機(jī)械方式產(chǎn)生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動(dòng)型等；機(jī)械方式有加爾統(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產(chǎn)生的超聲波的頻率、功率和聲波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前較為常用的是壓電式超聲波發(fā)生器

超聲波傳感器通常采用度越時(shí)間法,即利用s=vt/2計(jì)算被測(cè)物體的距離。式中s為收發(fā)頭與被測(cè)物體之間的距離,v為超聲波在介質(zhì)中的傳播速度(v=331.41+T/273m/s),t為超聲波的往返時(shí)間間隔。工作原理為:發(fā)射頭發(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播,在到達(dá)被測(cè)物體時(shí)被其表面反射返回,由接收頭接收,其往返時(shí)間為t,由s算出被測(cè)物體的距離。T為環(huán)境溫度,在量精度要求高的場(chǎng)合必須考慮此影響,但在一般情況下,可舍去此法,由軟件進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償。

由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，附表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時(shí)，如果溫度變化不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的。如果測(cè)距精度要求很高，則應(yīng)通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒右孕Ｕ?。聲速確定后，只要測(cè)得超聲波往返的時(shí)間，就可以求出距離。這就是超聲波測(cè)距原理。

HOLLiAS-LECG3PLC激光測(cè)距系統(tǒng)

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光測(cè)距傳感器在檢測(cè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。本文所研究的基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測(cè)距系統(tǒng)，對(duì)多臺(tái)激光測(cè)距傳感器所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多臺(tái)激光測(cè)距傳感器的監(jiān)控。1.激光測(cè)距傳感器的基本原理激光測(cè)距傳感器的基本原理是，通過(guò)測(cè)量激光往返于被測(cè)目標(biāo)之間所需的時(shí)間，來(lái)確定被測(cè)目標(biāo)之間的距離。激光測(cè)距傳感器的原理和結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，是長(zhǎng)距離檢測(cè)最有效的手段。激光測(cè)距傳感器工作時(shí)，首先由激光二極管對(duì)被測(cè)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，激光向各方向散射。部分散射的激光返回到傳感器的接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后，成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，能夠檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理激光脈沖從發(fā)射到返回所經(jīng)歷的時(shí)間，即可得到被測(cè)目標(biāo)的距離。2.PLC控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測(cè)距系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)通過(guò)PLC的自由口通信，接收多臺(tái)激光測(cè)距傳感器發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，根據(jù)傳感器提供的數(shù)據(jù)格式解析數(shù)據(jù)包，計(jì)算出測(cè)量的距離。系統(tǒng)的功能還包括顯示測(cè)量距離、在非正常情況下報(bào)警、與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換等。PLC的CPU模塊選用HOLLiAS-LECG3系列的LM3108模塊，其性能價(jià)格比很高，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。LM3108模塊的標(biāo)準(zhǔn)配置包括兩個(gè)串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0為RS485接口，PORT1為RS232接口。采用RS232接口建立PLC與上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)PLC程序的下裝和監(jiān)控。采用RS485接口建立PLC與現(xiàn)場(chǎng)儀表的通信。圖1激光測(cè)距系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖3.PLC控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)PLC采用自由口通信方式接收激光測(cè)距傳感器的數(shù)據(jù)，用[%]MB400~[%]MB411的12個(gè)字節(jié)作為通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的數(shù)據(jù)。所謂自由口通信，是指用戶可以通過(guò)設(shè)置通信模式來(lái)改變通信接口的參數(shù)，以適應(yīng)不同的通信協(xié)議。在PLC程序中設(shè)定的激光測(cè)距傳感器的通信參數(shù)如表1所示。PLC控制程序采用和利時(shí)公司的編程軟件PowerPro完成，下面詳細(xì)介紹數(shù)據(jù)解析程序。其它應(yīng)用程序從略。表1激光測(cè)距傳感器的通信參數(shù)3.1數(shù)據(jù)解析程序的變量定義PROGRAMPLC[_]PRGVARSetRS485:Set[_]COMM2[_]PRMT;(*RS485自由口通信參數(shù)設(shè)置*)SetRS485Q:BOOL;(*RS485自由口通信參數(shù)設(shè)置標(biāo)志*)Receive:COMM2[_]RECEIVE;(*RS485自由口通信數(shù)據(jù)接收*)ReceiveQ:BOOL;(*RS485自由口通信數(shù)據(jù)接收標(biāo)志*)ReceivedData:STRING;(*存儲(chǔ)ASCII碼數(shù)據(jù)的字符串*)Position1:INT;(*起始字符的位置*)Position2:INT;(*結(jié)束字符的位置*)ReceivedData[_]STRING:STRING;(*ASCII碼形式的數(shù)據(jù)*)ReceivedData[_]DWORD:DWORD;(*十六進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)*)END[_]VAR3.2數(shù)據(jù)解析程序的梯形圖3.3數(shù)據(jù)解析程序分析PLC從激光測(cè)距傳感器接收到的數(shù)據(jù)是ASCII碼形式，所以需要將ACSII碼轉(zhuǎn)換成PLC能夠操作的十六進(jìn)制數(shù)。首先在存儲(chǔ)ASCII碼數(shù)據(jù)的字符串ReceivedData中找到數(shù)據(jù)的起始字符“+”，并將其位置存儲(chǔ)在變量Position1中。然后再找到數(shù)據(jù)的結(jié)束字符“$R”，并將其位置存儲(chǔ)在變量Position2中。將位置Position2與位置Position1之間的字符取出，存入變量ReceivedData[_]STRING中，此即為數(shù)據(jù)的ASCII碼形式。將該ASCII碼形式的數(shù)據(jù)ReceivedData[_]STRING轉(zhuǎn)換位十六進(jìn)制形式的數(shù)據(jù)ReceivedData[_]DWORD，即完成了數(shù)據(jù)的解析。4.結(jié)論采用和利時(shí)HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC作為激光測(cè)距系統(tǒng)的控制核心，可以方便地與激光測(cè)距傳感器進(jìn)行通信。實(shí)踐證明，該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行過(guò)程穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了激光測(cè)距系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與處理。

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