超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成�傳感�。超聲波是一種振�(dòng)� 率高于聲波的�(jī)械波,由換能晶片在電壓的激�(lì)下發(fā)生振�(dòng)�(chǎn)生的,它具有頻率高、波長短、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)�
激光測距傳感器:先�激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)�(fā)射激光脈�。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散�。部分散射光返回到傳感器接收器,被光�(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極��。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�,因此它能檢測極其微弱的光信�(hào)。記錄并處理從光脈沖�(fā)出到返回被接收所�(jīng)歷的�(shí)間,即可測定目標(biāo)距離�
傳輸�(shí)間激光傳感器工作�(shí),先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)�(fā)射激光脈�。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散�。部分散射光返回到傳感器接收器,被光�(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,因此它能檢測極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖�(fā)出到返回被接收所�(jīng)歷的�(shí)�,即可測定目�(biāo)距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時(shí)�,因?yàn)楣馑偬�?/FONT>
激光測距傳感器的優(yōu)�: 激光測距傳感器INSIGHT-60 核心技�(shù)指標(biāo)
1� 激光測距傳感器
2� 測量距離范圍0.-60��200�,要使用反光�
3� 全程精度誤差1.5毫米
4� 激光連續(xù)使用壽命超過5萬�(gè)小時(shí)�5年)
5� 具備�(biāo)�(zhǔn)的RS232、RS422的通訊串口
6� 同時(shí)具備�(shù)字信�(hào)�4-20MA模擬型號(hào)輸出。模擬信�(hào)對應(yīng)距離值可自行�(shè)�
7� 激光測距傳感器可以和以太網(wǎng)�(biāo)�(zhǔn)ASC2�
8� 簡潔�(shí)用的通訊軟件保證了現(xiàn)場工作的�(zhǔn)確方�
一、傳輸時(shí)間激光距離傳感器的發(fā)�
激光在檢測�(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣�,技�(shù)含量十分豐富,對社會(huì)生產(chǎn)和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的�(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)�(diǎn)�1965年前蘇聯(lián)利用激光測地球和月球之間距離(380´103km)誤差只�250m�1969年美國人登月后置反射鏡于月面,也用激光測量地月之距,誤差只有15cm�
利用激光傳輸時(shí)間來測量距離的基本原理是通過測量激光往返目�(biāo)所需�(shí)間來確定目標(biāo)距離。即� �
傳輸�(shí)間激光測距雖然原理簡�、結(jié)�(gòu)簡單,但以前主要用于軍事和科�(xué)研究方面,在工業(yè)自動(dòng)化方面卻很少見。因?yàn)榧す鉁y距傳感器售價(jià)太高,一般在幾千美元。實(shí)際上,所有工�(yè)用戶都在尋找一種能在較�(yuǎn)距離�(shí)�(xiàn)精密距離檢測的傳感器。因?yàn)樵S多情況下近距離安裝傳感器�(huì)受物理位置及生產(chǎn)�(huán)境的限制,如今的傳輸�(shí)間激光測距傳感器將為這類場合的工程師排憂解難�
二、工作原�
傳輸�(shí)間激光傳感器工作�(shí),先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)�(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散�。部分散射光返回到傳感器接收�,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�,因此它能檢測極其微弱的光信�(hào)。記錄并處理從光脈沖�(fā)出到返回被接收所�(jīng)歷的�(shí)�,即可測定目�(biāo)距離。傳輸時(shí)間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時(shí)�,因?yàn)楣馑偬�?/FONT>
例如,光速約�3´108m/s,要想使分辨率達(dá)�1mm,則傳輸�(shí)間測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的�(shí)間: 0.001m¸(3´108m/s)=3ps 要分辨出3ps的時(shí)�,這是對電子技�(shù)提出的過高要求,�(shí)�(xiàn)起來造價(jià)太高。但是如今廉�(jià)的傳輸時(shí)間激光傳感器巧妙地避開了這一障礙,利用一種簡單的�(tǒng)�(jì)�(xué)原理,即平均法則�(shí)�(xiàn)�1mm的分辨率,并且能保證響應(yīng)速度�
三、解決其它技�(shù)無法解決的問�
傳輸�(shí)間激光距離傳感器可用于其它技�(shù)無法�(yīng)用的場合。例�,當(dāng)目標(biāo)很近�(shí),計(jì)算來自目�(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任�(wù)。但是,�(dāng)目標(biāo)距離較遠(yuǎn)�(nèi)或目�(biāo)顏色變化�(shí),普通光電傳感器就難以應(yīng)付了�
雖然先�(jìn)的背景噪聲抑制傳感器和三角測量傳感器在目�(biāo)顏色變化的情況下能較好地工作,但�,在目標(biāo)角度不固定或目標(biāo)太亮?xí)r,其性能的可�(yù)測性變�。此�,三角測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)常用于檢測距離較�(yuǎn)的物�,而且由于它不是光�(xué)裝置,所以不受顏色變化的影響。但是,超聲波傳感器是依�(jù)聲速測量距離的,因此存在一些固有的缺點(diǎn),不能用于以下場��
①待測目�(biāo)與傳感器的換能器不相垂直的場�。因?yàn)槌暡z測的目標(biāo)必須處于與傳感器垂直方位偏角不大�10°角以�(nèi)�
?、谛枰馐睆胶苄〉膱龊稀�?yàn)橐话愠暡ㄊ陔x開傳感器2m�(yuǎn)�(shí)直徑�0.76cm�
③需要可見光斑�(jìn)行位置校�(zhǔn)的場��
④多�(fēng)的場��
⑤真空場��
?、逌囟忍荻容^大的場合。因?yàn)檫@種情況下�(huì)造成聲速的變化�
⑦需要快速響�(yīng)的場��
而激光距離傳感器能解決上述所有場合的檢測�
�、在自動(dòng)化領(lǐng)域的廣泛用�
如今,自�(dòng)檢測和控制的方法�,除了超聲波傳感器和普通光電傳感器�,又增加了一�(gè)能解決長距離測量和檢�(yàn)的新方法—傳輸時(shí)間激光距離傳感器。它為各種不同場合提供了�(yīng)用的靈活�,這些場合可包括如下:
?、僭O(shè)備定��
?、跍y量料包的料位�
③測量傳送帶上的物體距離和物體高��
?、軠y量原木直徑�
?、荼Wo(hù)高架起重�(jī)免于碰撞�
⑥無誤差檢查場合�
為了研究和利用超聲波,人們已�(jīng)�(shè)�(jì)和制成了許多超聲波發(fā)生器??傮w上講,超聲波�(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�(dòng)型等;機(jī)械方式有加爾�(tǒng)笛、液哨和氣流旋笛�。它們所�(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�(shí)間法,即利用s=vt/2�(jì)算被測物體的距離。式中s為收�(fā)頭與被測物體之間的距�, v為超聲波在介�(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�。工作原理為:�(fā)射頭�(fā)出的超聲波以速度v在空氣中傳播,在到�(dá)被測物體�(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算出被測物體的距雀T為環(huán)境溫�,在量精度要求高的場合必須考慮此影�,但在一般情況下,可舍去此�,由軟件�(jìn)行調(diào)整補(bǔ)��
由于超聲波也是一種聲�,其聲速c與溫度有�(guān),附�1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用�(shí),如果溫度變化不�,則可認(rèn)為聲速是基本不變�。如果測距精度要求很高,則應(yīng)通過溫度�(bǔ)�?shù)姆椒右孕U?。聲速確定后,只要測得超聲波往返的�(shí)�,就可以求出距離。這就是超聲波測距原理�
隨著激光技�(shù)的發(fā)�,激光測距傳感器在檢測領(lǐng)域得到了越來越多的應(yīng)�。本文所研究的基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測距系�(tǒng),對多臺(tái)激光測距傳感器所采集到的�(shù)�(jù)�(jìn)行處�,并將數(shù)�(jù)傳送給上位�(jī),實(shí)�(xiàn)了對多臺(tái)激光測距傳感器的監(jiān)��
1.激光測距傳感器的基本原�
激光測距傳感器的基本原理是,通過測量激光往返于被測目標(biāo)之間所需的時(shí)�,來確定被測目標(biāo)之間的距�。激光測距傳感器的原理和�(jié)�(gòu)都很簡單,是長距離檢測最有效的手��
激光測距傳感器工作�(shí),首先由激光二極管對被測目�(biāo)�(fā)射激光脈�。經(jīng)被測目標(biāo)反射�,激光向各方向散�。部分散射的激光返回到傳感器的接收�,被光學(xué)系統(tǒng)接收�,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�,能夠檢測極其微弱的光信�(hào)。記錄并處理激光脈沖從�(fā)射到返回所�(jīng)歷的�(shí)�,即可得到被測目�(biāo)的距雀�
2.PLC控制系統(tǒng)硬件�(shè)�(jì)
基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測距系�(tǒng)的功能結(jié)�(gòu)圖如�1所�。系�(tǒng)通過PLC的自由口通信,接收多�(tái)激光測距傳感器�(fā)送過來的�(shù)�(jù),根�(jù)傳感器提供的�(shù)�(jù)格式解析�(shù)�(jù)包,�(jì)算出測量的距�。系�(tǒng)的功能還包括顯示測量距離、在非正常情況下�(bào)�、與上位�(jī)�(jìn)行數(shù)�(jù)交換��
PLC的CPU模塊選用HOLLiAS-LECG3系列的LM3108模塊,其性能�(jià)格比很高,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各�(gè)�(lǐng)�。LM3108模塊的標(biāo)�(zhǔn)配置包括兩�(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)�(xiàn)PLC程序的下裝和�(jiān)�。采用RS485接口建立PLC與現(xiàn)場儀表的通信�
�1激光測距系�(tǒng)的功能結(jié)�(gòu)�
3.PLC控制系統(tǒng)軟件�(shè)�(jì)
PLC采用自由口通信方式接收激光測距傳感器的數(shù)�(jù),用[%]MB400~[%]MB411�12�(gè)字節(jié)作為通信接收寄存�,存放自由口通信方式下所接收的數(shù)�(jù)。所謂自由口通信,是指用戶可以通過�(shè)置通信模式來改變通信接口的參�(shù),以適應(yīng)不同的通信�(xié)�。在PLC程序中設(shè)定的激光測距傳感器的通信參數(shù)如表1所�。PLC控制程序采用和利�(shí)公司的編程軟件PowerPro完成,下面詳�(xì)介紹�(shù)�(jù)解析程序。其它應(yīng)用程序從��
�1激光測距傳感器的通信參數(shù)
3.1�(shù)�(jù)解析程序的變量定�
PROGRAMPLC[_]PRG
VAR
SetRS485:Set[_]COMM2[_]PRMT;(*RS485自由口通信參數(shù)�(shè)�*)
SetRS485Q:BOOL;(*RS485自由口通信參數(shù)�(shè)置標(biāo)�*)
Receive:COMM2[_]RECEIVE;(*RS485自由口通信�(shù)�(jù)接收*)
ReceiveQ:BOOL;(*RS485自由口通信�(shù)�(jù)接收�(biāo)�*)
ReceivedData:STRING;(*存儲(chǔ)ASCII碼數(shù)�(jù)的字符串*)
Position1:INT;(*起始字符的位�*)
Position2:INT;(*�(jié)束字符的位置*)
ReceivedData[_]STRING:STRING;(*ASCII碼形式的�(shù)�(jù)*)
ReceivedData[_]DWORD:DWORD;(*十六�(jìn)制形式的�(shù)�(jù)*)
END[_]VAR
3.2�(shù)�(jù)解析程序的梯形圖
3.3�(shù)�(jù)解析程序分析
PLC從激光測距傳感器接收到的�(shù)�(jù)是ASCII碼形�,所以需要將ACSII碼轉(zhuǎn)換成PLC能夠操作的十六�(jìn)制數(shù)�
首先在存�(chǔ)ASCII碼數(shù)�(jù)的字符串ReceivedData中找到數(shù)�(jù)的起始字符�+�,并將其位置存儲(chǔ)在變量Position1�。然后再找到�(shù)�(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�,存入變量ReceivedData[_]STRING�,此即為�(shù)�(jù)的ASCII碼形式。將該ASCII碼形式的�(shù)�(jù)ReceivedData[_]STRING�(zhuǎn)換位十六�(jìn)制形式的�(shù)�(jù)ReceivedData[_]DWORD,即完成了數(shù)�(jù)的解��
4.�(jié)�
采用和利�(shí)HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC作為激光測距系�(tǒng)的控制核�,可以方便地與激光測距傳感器�(jìn)行通信。實(shí)踐證�,該方案�(jié)�(gòu)簡單,運(yùn)行過程穩(wěn)定可靠,�(shí)�(xiàn)了激光測距系�(tǒng)的數(shù)�(jù)采集與處��