سنسورهای اندازه‌گیری فاصله

سنسورهای اندازه‌گیری فاصله  نوعی از سنسورها هستند که برای اندازه‌گیری ضخامت، ارتفاع و یا فاصله مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 این سنسورها در مدلهای لیزری، القایی و آلتراسونیک وجود دارند.

 این سنسورها دارای سرعت و دقت بالایی هستند، اما تجمع آلاینده‌ها بر روی لنز آنها، عملکرد آنها را دچار اخلال خواهد کرد.

اصول کاری این نوع سنسور به صورت زیر است:

پرتوهای نور لیزر (در مدل لیزری) از منبع تولید نور، به سمت لنز المان ارسال کننده (Emitter) هدایت می‌شوند.

این پرتوها پس از موازی شدن توسط لنز، به سمت قطعه مورد نظر ارسال می‌گردند.

پرتوهای نور پس از برخورد به قطعه، به سمت سنسور بازتابیده میشوند.

این پرتوها پس از عبور از لنز المان دریافت کننده (Receiver) ، توسط سنسور تصویر دریافت می‌شوند.

فاصله قطعه از سنسور، باعث تغییر زاویه بازتابش و به تبع آن تغییر محل دریافت بر روی المان سنسور تصویر خواهد شد.

تغییر محل دریافت بازتابش، باعث تغییر جریان خروجی از سنسور میشود.

و بدین ترتیب فاصله قطعه از سنسور با استفاده از فرمول زیر مشخص می‌شود.

فرمول محاسبه فاصله توسط سنسور اندازه‌گیری فاصله

شماتیک نحوه سنجش فاصله توسط سنسور جابجایی

سنسور‌های جابجایی در دو مدل کلی زیر وجود دارند:

  • نوع Diffuse

در این نوع سنسور، نور ارسالی با زاویه 90 درجه به سمت قطعه هدف تابیده ‌می‌شود.

سپس بازتابش نور، توسط گیرنده دریافت می‌گردد. این نوع سنسور برای اندازه‌گیری فواصل طولانی مناسب است.

سنسور نوع Diffuse برای اندازه‌گیری فاصله اجساف شفاف و اجسام صیقلی به هیچ وجه مناسب نمی‌باشد.

  • نوع Specular

در این نوع سنسور، نور تحت زاویه به سمت قطعه تابیده می‌شود و بازتابش نور نیز با همان زاویه دریافت می‌شود.

این نوع سنسور دارای رنج اندازه‌گیری کمتری نسبت به نوع Diffuse است اما رزولوشن آن بسیار بالاتر است.

این سنسور برای اجسام شفاف یا اجسام صیقلی، بسیار مناسب می‌باشد.

در شکل زیر، زاویه تابش و دریافت این دو مدل نمایش داده شده است.

سنسور فاصله نوع Specular

تعاریف و پارامترهای مورد استفاده در خصوص سنسورهای اندازه‌گیری فاصله

  • خروجی آنالوگ

    خروجی آنالوگ سنسورها یا به صورت ولتاژی و یا به صورت جریان وجود دارد.

    عموما بازه ولتاژ در محدوده 5- تا 5+ ولت یا 10- تا 10+ ولت است. در حالیکه بازه جریان در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر خواهد بود.

    مقدار این خروجی آنالوگ متناسب با فاصله سنسور از قطعه هدف تغییر می‌کند. این بازه خروجی آنالوگ قابل مقیاس کردن (Scale) با فاصله است.

     

  • کل بازه قابل اندازه‌گیری (Full Scale – FS)

    این پارامتر معرف کل بازه قابل اندازه‌گیری توسط یک سنسور می‌باشد.

    برای مثال، فاصله تشخیص سنسوری 50 میلیمتر و بازه تلرانسی آن ±10 میلیمتر است. بنابراین، سنسور قادر خواهد بود فاصله را در بازه 40 میلیمتر تا 60 میلیمتر اندازه‌گیری نماید.

    به عبارت دیگر FS سنسور 20 میلیمتر خواهد بود.

    حال چنانچه خروجی آنالوگ این سنسور از نوع جریان 4 تا 20 میلیمتر باشد، کاربر قادر است که آن را متناسب بازه اندازه‌گیری تنظیم نماید.

    برای مثال در 40 میلیمتر فاصله، خروجی سنسور 4 میلی آمپر، در 50 میلیمتر، خروجی سنسور 12 میلی آمپر و در 60 میلیمتر خروجی 20 میلی آمپر تنظیم می‌شود.

    این شیب میتواند به صورت معکوس نیز توسط کاربر تنظیم گردد.

     L = (a-b)/c

  • خطی بودن (Linearity)

    خطی بودن، که به عبارتی معرف دقت سنسور است، بیشترین عددی به صورت % است که از رابطه زیر بدست می‌آید:

    پارامترهای معادله فوق عبارتند از:

    a : فاصله واقعی

    b : فاصله اندازه‌گیری شده

    c : FS

    برای مثال خطای اندازه‌گیری سنسوری با فاصله اندازه‌گیری 50 ± 10 میلیمتر و خطی بودن ±0.1% FS معادل 0.02 میلیمتر خواهد بود.

    در شکل زیر مقدار خطا خطی بودن بر روی نمودار نمایش داده شده است.

     

نمودار Linearity سنسور لیزری اندازه‌گیری فاصله

  • متوسط‌گیری و دقت تکرار (Averaging and Repeat Accuracy)

    • هر چه تعداد متوسط‌گیری از داده‌ها بیشتر باشد، دقت تکرار سنسور افزایش می‌یابد.لازم به ذکر است که با افزایش تعداد متوسط‌گیری، سرعت نمونه‌برداری کاهش خواهد یافت.بنابراین، چنانچه سرعت نمونه‌برداری اولویت اول باشد، باید تعداد متسط‌گیری را کاهش داد.

      در شکل زیر رابطه بین، اختلاف اندازه‌گیر (خطا)، تعداد متوسط‌گیری و دقت تکرار نمایش داده شده است.

     

نمودار تعداد متوسط‌گیری سنسور فاصله

  • انحراف دمایی (Temperature Drift)

    افزایش دمای محیطی باعث خطای اندازه‌گیری سنسور می‌شود. این پارامتر مشخص میکند که به ازاء هر یک درجه سانتی‌گراد افزایش دما، خطای سنسور چقدر خواهد شد.

    برای مثال چنانچه انحراف دمایی سنسوری ±0.08% FS / °C  و مقدار FS آن 20 میلیمتر باشد، خطای اندازه‌گیری سنسور به ازاء یک درجه سانتی‌گراد افزایش دما به صورت زیر خواهد بود:

    Error value = 20 (mm) * 0.08% = 20 (mm) * 0.0008 = 16 µm

  • دقت تکرار (Repeat Accuracy)

    دقت تکرار یک سنسور یعنی اختلاف بین مقدار خروجی آنالوگ سنسور، در زمان اندازه‌گیری یک نقطه مشخص از قطعه، در حالیکه قطعه بدون حرکت باشد.

    دقت تکرار در نمودار شکل زیر نمایش داده شده است:

    نمودار دقت تکرار سنسور لیزری فاصله

  • مقدار انحراف (Offset)

    این پارامتر برای تنظیم و تصحیح سطح انحراف مقدار خروجی آنالوگ سنسور میباشد.

    در شکل زیر، این مورد نمایش داده شده است.

    نمودار مقدار انحراف سنسور لیزری فاصله

  • محدوده (Span)

    این پارامتر برای تنظیم  حساسیت خروجی آنالوگ سنسور به ازاء فاصله تشخیص سنسور است.

    در شکل زیر، این پارامتر نمایش داده شده است.

    نمودار محدوده سنسور لیزری فاصله

طبقه‌بندی نوع منبع نور لیزر (Laser Classification)

  • Class 1

این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، حتی با گذر از ذره‌بین یا تلسکوپ، برای چشم بدون حفاظ، ایمن است.

  • Class 1M

این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، بدون گذر از ذره‌بین یا تلسکوپ، برای چشم بدون حفاظ، ایمن است.

  • Class 2

این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، برای مدت 0.25  ثانیه، برای چشم بدون حفاظ، ایمن است.

  • Class 2M

این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، برای مدت 0.25  ثانیه، برای چشم بدون حفاظ، ایمن است.

  • Class 3R

تابیده شدن این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، باعث بروز آسیبهای جزئی به چشم خواهد شد.

  • Class 3B

تابیده شدن  مستقیم این نوع لیزر در تمامی انواع تجهیزات لیزری استفاده شده، باعث بروز آسیبها جدی به چشم خواهد شد اما بازتابش آن از روی سطوح مختلف، مشکل‌ساز نیست.

  • Class 4

این نوع لیزر خطرناک‌ترین نوع لیزر است و تابیده شدن مستقیم و یا غیر مستقیم آن باعث بروز سوختگی پوست و آسیبهای جدی به چشم خواهد شد.

این نوع لیزر حتما باید با کلیدهای ایمنی و قفلهای داخلی (Safety Interlock) مورد استفاده قرار گیرد.

نکات مهم نصب سنسور

  • هد سنسور کاملا با سطح قطعه هدف موازی باشد.
  • چنانچه قطعه هدف متحرک است، سنسور به گونه‌ای نصب گردد که راستای فرستنده و گیرنده، با راستای حرکت جسم، عمود باشند.
  • رعایت نصب هد سنسور با راستای حرکت
  • در فضاهای باریک، هد سنسور به گونه‌ای نصب شود که بازتابش پرتو بدون برخورد به دیواره، به سنسور بازگردد.نصب سنسور در نزدیکی دیوار
  • در زمان اندازه‌گیری اجسام دوار، هد سنسور به گونه‌ای نصب گردد که راستای فرستنده و گیرنده با محور جسم دوار موازی باشد.

نصب سنسور بر روی قطعه دوار

  • در زمان اندازه‌گیری اجسام نزدیک دیوار، هد سنسور به گونه‌ای نصب شود که خط راستای فرستنده و گیرنده با راستای دیوار موازی باشد.

همچنین چنانچه میسر است دیوار با رنگ مشکی پوشانده شود.

نصب سنسورهای اندازه‌گیری فاصله در راستای دیوار
سنسورهای اندازه‌گیری فاصله
  • چنانچه قطعه هدف به رنگ مشکی است، هد سنسور در فاصله نزدیکتری به آن نصب گردد.

نصب سنسورهای اندازه‌گیری فاصله در نزدیکی جسم سیاه

  • در صورتیکه قطعه هدف دارای سطح صیقلی است، هد سنسور را به صورت زاویه‌دار به گونه‌ای که کاملا موازی با سطح نباشد، نصب کنید.

    نحوه نصب هد سنسورهای اندازه‌گیری فاصله برای اجسام صیقلی

در صورت تمایل از سنسورهای اندازه‌گیری فاصله و سنسورهای لیزری موجود در شرکت در اینجا بازدید فرمایید.

ولتاژ تغذیه سنسورهای اندازه‌گیری فاصله چقدر است؟

تغذیه بیشتر سنسورها در بازه 8 تا 32 ولت مستقیم است. اما ولتاژ تغذیه سنسورهای اندازه‌گیری فاصله که دارای خروجی آنالوگ هستند عموما در بازه 12 تا 24 ولت مستقیم است.


خروجی‌های آنالوگ متعارف سنسورهای اندازه‌گیری فاصله چیست؟


خروجی آنالوگ این نوع سنسورها عموما ولتاژ مستقیم در بازه 0 تا 10 ولت و جریان آنالوگ در بازه 4 تا 20 میلی آمپر است.

‫0/5 ‫(0 نظر)