Датчик перемещения как работает?

Датчик перемещения как работает?

В прошлой статье мы рассмотрели общий принцип работы такого датчика и даже затронули техническую сторону. Теперь рассмотрим какие бывают типы, их плюсы и минусы.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие типы датчиков движения:

1.Инфракрасные датчики движения (ИК)

2. Ультразвуковые датчики движения (УЗ)

3. Микроволновые датчики движения (СВЧ)

4. Комбинированные датчики движения

Каждый из этих типов датчиков движения имеет свои сильные и слабые стороны и используется в различных ситуациях и условиях.

Разновидности

Разделение датчиков движения для включения света на виды осуществляется по нескольким критериям. По принципу действия их можно разделить на:

• Инфракрасные – основаны на измерении величины температуры предметов, попадающих в зону охвата датчика движения. Основным недостатком является ложная реакция на элементы системы отопления или лампы накаливания, расположенные в непосредственной близи.

Рис. 2. Инфракрасный датчик

Ультразвуковые – функционируют на основе эффекта Доплера. Излучаемая волна звука в диапазоне частот от 20 до 60 кГц не слышима человеческим ухом в соответствии с п.2.1.1.3 ГОСТ Р 50030.5.2-99. Сталкиваясь с препятствием, ультразвук отражается и возвращается к приемнику, о чем передается сигнал на электронный ключ или реле.

Рис. 3. Ультразвуковой датчик

Микроволновые – используют специальную антенну, посылающую высокочастотный сигнал в окружающее пространство. При столкновении сигнала с движущимся предметом возникает отраженный сигнал, который возвращается к датчику. На сегодняшний день это самые чувствительные, но и самые дорогие модели для включения света.

Рис. 4. Микроволновой датчик

• Лазерные – состоят, как правило, из светодиода и фотодиода, монтируемых в контролируемой области. Светодиод излучает сигнал, который распространяется в окружающее пространство. Как только в области действия возникает объект, преграждающий световой поток, он отражается и воспринимается фотодиодом. С которого сигнал подается на исполнительный орган датчика движения.
• Томографические – используют радиоволны для диагностики пространства. В отличии от других моделей способны проникать за стены, конструктивные элементы и прочие преграды. Используются для включения освещения на больших площадях, в торговых центрах и т.д.

В зависимости от способа взаимодействия с движущимися объектами датчики движения могут быть активными, пассивными или комбинированными. Активные самостоятельно излучают измеряемые сигналы, а после их воспринимают. Пассивные ориентированы на собственные излучения человеческого организма или отталкиваются от их взаимодействия с окружающей средой. Комбинированные состоят из активного излучателя, установленного с одной стороны и пассивного приемника, расположенного с другой стороны.

В зависимости от места установки датчики движения подразделяются на устройства наружного и внутреннего применения. Первые предназначены для использования под открытым небом. Вторые используются для размещения в помещениях, иногда под навесами, на верандах, крытых террасах и патио.

Как выбирать датчики движения

Датчики движения всё чаще становятся неотъемлемым атрибутом не только общественных зданий, но и жилых домов, квартир или офисов частных компаний, обеспечивая потребителям экономию электроэнергии. Однако, чтобы устройства работали корректно и выполняли свою задачу, их нужно правильно выбирать.

Применение

Датчики движения чаще всего используют для управления осветительными приборами. И дело тут не только в комфорте, но и в экономии: применение датчиков позволяет значительно сократить расход электроэнергии на освещение.

Кроме того, датчики движения используются в составе охранных систем, для управления автоматическими дверями, гаражными или складскими воротами, а также в системах «Умный дом», например, для автоматизации работы климатической техники. Так, с помощью датчиков движения можно включать и выключать кондиционеры, регулировать мощность отопления, запускать котлы и т. д.

Выбор типа датчика

Наиболее часто встречаются датчики двух типов: инфракрасные и микроволновые.

Инфракрасные датчики реагируют на перемещение в поле их обзора объектов, излучающих тепло, – прежде всего людей и животных. Они пассивны, то есть сами ничего не излучают, а только фиксируют тепловое излучение. Работают инфракрасные датчики в зоне прямой видимости, т. е. если между объектом и датчиком нет преград. При этом они достаточно чувствительны даже к незначительным изменениям температуры, что позволяет выполнять точную настройку.

С другой стороны, эти же особенности ограничивают сферу применения инфракрасных датчиков. «Во избежание ложных срабатываний их не рекомендуется устанавливать в зоне действия источников тепла: отопительных приборов, тепловых завес, кондиционеров, инфракрасных обогревателей, в цехах предприятий, вблизи мощных источников освещения, например, галогенных ламп и пр. Кроме того, чувствительность инфракрасных датчиков зависит от температуры окружающей среды, а на улице их точность снижается. Типичная сфера их применения – жилые дома, общественные, офисные и подсобные помещения, тёплые склады, фойе, холлы, подъезды, лестничные клетки и т. п.», – объясняет Александр Мирющенко, ведущий инженер Группы исследований и технического анализа IEK GROUP, одного из ведущих российских производителей и поставщиков электротехники и светотехники.

Микроволновые датчики – активные. Они испускают электромагнитные волны высокой частоты и фиксируют отражённое излучение, когда в поле появляются посторонние объекты, независимо от их температуры. Это исключает ложные срабатывания из-за воздействия источников тепла и позволяет устанавливать датчики там, где инфракрасные приборы могут работать некорректно. Правда, микроволновые устройства могут «ошибаться» рядом с мощными внешними источниками электромагнитного излучения. К примеру, электрощитовая – не лучшее место для установки микроволнового сенсора.

Одно из преимуществ микроволновых датчиков заключается в том, что их не обязательно монтировать в зоне прямой видимости. Главное, чтобы преграда была диэлектрической 1 или слабопроводящей. Так, чтобы не нарушать дизайн интерьера, датчики можно прятать за навесными потолками, внутри полых перегородок и т. д. Нередко их устанавливают внутри здания, направив излучателем наружу. Таким образом можно спрятать в доме датчик, который будет реагировать на движение у крыльца со стороны улицы. Помимо эстетических преимуществ, скрытая установка датчиков гораздо более эффективна, если они используются в составе охранных систем.

Как правило, микроволновые датчики стоят дороже инфракрасных, а дальность их действия немного меньше, зато микроволновый сенсор способен реагировать даже на очень незначительное движение.

Конструкция

Датчики бывают разными (см. рисунок 1): одни предназначены для потолочного монтажа, другие – для настенного. Это не значит, что каждый тип устройства обязательно устанавливать строго на потолке или стенах: всё зависит от конфигурации помещения и поставленной задачи, которая может быть и неординарной. Однако в большинстве случаев конструкция оптимально адаптирована под соответствующее размещение. Также следует обратить внимание на рекомендуемый диапазон возможных высот монтажа.

Особенности применения датчиков угловых перемещений на производстве

В данной статье будут затронуты вопросы применения энкодеров в современных системах АСУ ТП и некоторые аспекты культуры их производства, а также будут даны рекомендации по их эксплуатации.

Где используются датчики угловых перемещений

Энкодеры имеют довольно широкое применение.

Абсолютные и инкрементные энкодеры широко используются в металлургии, производстве бумаги, деревообработке, разнообразных линиях упаковки, станкостроении, энергетике и др.

Энкодеры устанавливаются на приводы прокатных станов, бумагоделательных и картонноделательных машин, а также пресспатов; на приводы координатных столов, продольно-резательных и поперечно-резательных (рубительных) машин, электрических задвижек, кранов, упаковочных агрегатов, лифтов, устройств выбора якоря на судах; на приводах суппортов и подачи токарных станков, в современных системах автоматического складирования, лесозаготовительных машинах и деревообрабатывающих станках, в системах ЧПУ и др.

Принцип действия энкодеров

Датчики угловых перемещений служат для измерения основных кинематических параметров работы электропривода: скорости и положения вала.

В подавляющем большинстве современных систем регулируемого привода, позиционирования и контроля углового положения используются инкрементные и абсолютные энкодеры. Определенный рынок, в связи с некоторыми техническими особенностями остается за резольверами (в частности, из-за их толерантности к высоким и низким температурам: от –50оС и до +150оС).

Принцип работы фотоимпульсных энкодеров – цифровой. Свет проходит от группы светодиодов к группе фотодиодов через прозрачный диск с нанесенными метками. Абсолютный энкодер имеет уникальную комбинацию меток для каждого углового положения, инкрементный – более прост: одинаковые метки равномерно распределены по всему радиусу диска.

Обычно энкодер имеет также т.н. «нулевую метку», одну – на полный оборот диска. Эта метка имеет калибровочную функцию и не всегда требуется для простых задач измерения скорости. При вращении диска, механически связанного с приводным валом, каждое прохождение метки через светодиодную пару генерирует импульс. Эти импульсы в дальнейшем обрабатываются с помощью электронных устройств (программируемых логических контроллеров, преобразователей постоянного и переменного тока для электродвигателей, счетчиков).

Абсолютные энкодеры иногда имеют встроенный редуктор, который позволяет датчику не только определять точное значение углового перемещения в пределах одного оборота вала, но и отсчитывать количество оборотов вала (обычно с дискретностью 12 бит, т.е. 4096 оборотов вала). Данные абсолютные энкодеры, которые называются «абсолютными многооборотными», часто используются в прецизионных червячных приводах подачи.

Основным же преимуществом абсолютного энкодера над инкрементным является функция сохранения текущего значения углового перемещения вне зависимости от того подано питание на датчик или нет.

Питание датчиков в основном осуществляется постоянным током 5В или 24В.

Функциональными особенностями инкрементных и абсолютных энкодеров обусловлено различие между ними в цене. Из-за более сложной технологии нанесения меток на диск, а также из-за необходимости передавать большее количество данных (с соответствующим усложнением электроники) стоимость среднего абсолютного энкодера в 1,4-2 раза превышает стоимость инкрементного аналога.

Нельзя также не упомянуть широкую сферу применения энкодеров в современном сервоприводе. Но сервопривод является совершенно особым устройством, заслуживающим отдельной статьи. Отметим лишь, что в основном в сервоприводах крупнейших производителей используются абсолютные однооборотные энкодеры с разрешением 17 бит (131072 положения на оборот).

Основные параметры, необходимые для выбора датчиков угловых перемещений

• Количество импульсов на оборот (обычно от 1 до 5000), количествово бит для абсолютных энкодеров (обычно 10, 12, 13, 25).
• Вал или отверстие под вал (укажите также диаметр вала или отверстия).
• Тип выходного сигнала (HTL, TTL, RS422, двоичный код и код Грея, SSI, Profibus DP, CAN. ).
• Напряжение питания.
• Длина кабеля/ тип разъема.
• Дополнительные требования по крепежу (необходимость муфты, монтажного фланца, крепежной штанги и др.).

Требования к установке энкодеров и рекомендации по их эксплуатации

Необходимость точной центровки при установке датчиков – главное требование для обеспечения долговременной их службы. Исполнение энкодера с валом предусматривает установку прецизионной муфты, которая должна демпфировать три параметра: угловое отклонение, осевое биение и несоосность валов при установке. Жесткое соединение валов обычно не допускается, т.к. может привести к существенному сокращению срока службы, из-за износа подшипников. Энкодер с валом должен крепиться к специально изготовленному фланцу.

Исполнение датчика с полым ротором исключает использование муфты и фланца. Энкодер монтируется прямо на нерабочий конец вала двигателя и закрепляется от проворота за валом с помощью крепежной штанги, которая дает энкодеру необходимую подвижность для компенсации углового отклонения.

Нужно отметить, что из соображений удобства установки сейчас все большее распространение получают энкодеры с полым валом.

Срок службы хорошего современного датчика при правильной установке и подключении, а также средней скорости вращения приводного вала 1500 об/мин, – должен составлять не менее 50000 часов, т.е. почти 6 лет. Установка энкодера не в соответствии с требованиями производителя может привести к значительному сокращению службы датчика из-за износа подшипников. Любые другие воздействия, выходящие за рамки спецификации, как, например, удары по корпусу, сильная вибрация, перегрев/переохлаждение, также могут повлиять на срок службы энкодера.

Радиоволновый датчик движения

Этот тип охранного извещателя, как и ультразвуковой датчик работает на эффекте Доплера и в компараторе происходит сравнение двух частот – излучаемой и отражённой. Вместо звуковой частоты микрочип охранного датчика генерирует СВЧ излучение с частотой 5,0-12 ГГц. Генератор реализован на диоде Ганна, а передающая и приёмная антенны представляют собой микрополосковые линии. Радиоволновый датчик движения работает как локатор и при необходимости может определять не только появление движущегося объекта, но и расстояние до него.

Ограничение на использование СВЧ датчиков движения накладывает негативное воздействие микроволнового излучения на живые организмы, поэтому мощность передатчика выбирается минимальной. Радиоволновый датчик «Аргус-2» (ИО407-5/4) обеспечивает зону обнаружения 16 Х 8 метров или 90 м 2 при использовании четырёх частотных диапазонов (литер).

Принцип работы устройства

ИК датчики движения широко применяется с целью отслеживания движения людей и животных (с весом не менее 15/25 кг) в зонах, которые находятся под наблюдением. Принцип их функционирования заключается в том, что механизм определяет изменение фонового инфракрасного излучения. В случае появления ИК излучения устройство подает специальный сигнал тревоги на удаленный центральный пульт охранной системы.

Благодаря микропроцессорной обработке, которой поддается каждый поступающий сигнал, обеспечивается максимально точная проверка на движение, а также массу объектов, что позволяет практически полностью исключить вероятность ложного срабатывания оборудования.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

В торце диэлектрического наконечника вихревого пробника находится катушка индуктивности. Драйвер обеспечивает возбуждение высокочастотных колебаний в катушке, в результате чего возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с материалом контролируемого объекта. Если материал обладает электропроводностью, на его поверхности наводятся вихревые токи, которые, в свою очередь, изменяют параметры катушки — ее активное и индуктивное сопротивление. Параметры, меняются при изменении зазора между контролируемым объектом и торцом датчика. Драйвер преобразует эти изменения в электрический сигнал, осуществляет его линеаризацию и масштабирование.

Система позиционирования на большие расстояния с диапазонами измерения до нескольких сотен метров.

Интеллектуальная магнитострикционная система измерения положения BTL для сверхдальних расстояний предназначена для приложений, в которых абсолютное положение объекта должно определяться на больших расстояниях и с высокой точностью. Надежная система предоставляет Вам абсолютно точную и достоверную информацию о положении в диапазоне измерений до нескольких сотен метров. Поэтому система особенно подходит для применения на мостовых кранах, погрузочных мостах, козловых кранах, реверсивных устройствах управления, а также для перемещения кранов и тележек.

В жестких условиях окружающей среды или везде, где для измерения положения и скорости требуется максимальная точность, абсолютный измерительный датчик смещения определяет позиции с повторяемой точностью 0,5 мм. Система позиционирования на большие расстояния (LDPS) не подвержена износу, не требует обслуживания и нечувствительна к ударам, вибрации и загрязнению.

Система измерения позиции состоит из магнитостриктивного датчика с интерфейсом Profinet, нескольких датчиков положения и программного функционального блока для легкой интеграции в Вашу систему управления.

Специальные функции

• абсолютная система измерения линейного положения с диапазоном измерений до нескольких сотен метров
• высокая надежность и низкие эксплуатационные расходы благодаря бесконтактному и неизнашивающемуся принципу работы
• Сопротивление в жестких промышленных условиях (IP67)
• автоматическая адаптация системы к магнитной маркировке
• Точность пересчета до ±0,5 мм

• Магнитострикционные системы измерения перемещений профильного типа

Приобретение оптических энкодеров

Качественные энкодеры способны работать без технического обслуживания и замены в течение 50 тысяч часов и более. Измерения проводились при отсутствии ошибок в монтаже, на режиме эксплуатации в 1,5 тысячи оборотов в минуту. Кроме ошибок в установке, на длительность эксплуатации могут негативно повлиять удары и сильная вибрация, большие перепады температуры и влажности. В первую очередь изнашиваются подшипники и страдает точность измерений.

Компания «ПРОМАИР» осуществляет поставки современных энкодеров высокого качества по доступным ценам. По любым возникающим вопросам, связанным с заказом продукции, звоните по телефонам +375 (17) 513-99-91. Наши сотрудники быстро обработают любой заказ и предложат выгодные условия поставки.