В статье описаны датчики и измерительные системы российской компании ПТП «Сенсорика-М». Рассказано об их устройстве, области применения и решаемых ими измерительных задачах.
ООО «ПТП «Сенсорика-М», г. Москва
При автоматизации производственных процессов, в ходе разработки и проведения исследований нередко возникает необходимость измерения скорости, расстояния, толщины и других геометрических параметров, включая диаметр, высоту и угол. Для решения таких задач применяются различные типы датчиков и построенные на их основе измерительные системы, и на примере решений компании «ПТП «Сенсорика-М» в статье рассматривается их использование в металлообрабатывающей, машиностроительной, трубной, кабельной и других отраслях промышленности, а также при разработке и сертификации автомобильной и иной транспортной техники.
Датчики скорости ИСД
Датчики серии ИСД позволяют бесконтактно измерять скорости и длины объектов, движущихся перпендикулярно оптической оси излучателей. Также возможна установка датчиков серии ИСД на движущиеся объекты для измерения их скорости относительно поверхностей, на которые направлены датчики.
В линейке предприятия представлены датчики двух серий: ИСД-3 и ИСД-5 (рис. 1). Датчики серии ИСД-5 формируют лазером на измеряемом объекте интерференционную картину (решетку). Эта решетка модулируется неравномерностями отражающих свойств поверхности движущегося объекта, и по отраженному сигналу датчик определяет скорость, интегрируя которую он также вычисляет длину. Данная оптическая схема работает практически по любой поверхности, используется рассеянное отражение. Датчики ИСД-3 работают по похожему принципу, но используют для излучения некогерентное излучение инфракрасного светодиода, решетка же не формируется на измеряемой поверхности, а расположена внутри самого датчика. Датчики позволяют измерять скорости от 1 мм/с до 400 км/ч и выше. Расстояние от датчика до измеряемого объекта составляет от 10 см до 2 м и больше (в зависимости от версии). Разработана версия датчика, оптимизированная для краш-тестов. Датчики применяются как в различных отраслях индустрии, так и для сертификационных испытаний.
Рис. 1. Датчики скорости и длины: а – ИСД-5; б – ИСД-3
Измерительная система miniDAS
Для расширения круга задач, выполняемых датчиками ИСД, была разработана система miniDAS (рис. 2). Этот измерительный комплекс позволяет отображать, обрабатывать и сохранять данные, поступающие с датчиков ИСД и других типов. В комплекте с датчиком усилия на педали (рис. 3) версия miniDAS Brake позволяет проводить тормозные испытания автомобилей, грузовиков, тракторов. Блок может быть смонтирован на лобовое стекло перед водителем для индикации текущей скорости.
Рис. 2. Измерительная система miniDAS
Рис. 3. Датчик усилия тормозной педали
Датчики геометрических величин, 2D-сканеры
Для измерения различных геометрических величин (расстояние, толщина, диаметр, угол и т. д.) могут быть применены бесконтактные датчики следующих типов: триангуляционные, 2D-сканеры, теневые.
Триангуляционный датчик измеряет расстояние от поверхности корпуса до точки, куда светит встроенный в него лазер (рис. 4). Рассеянное отражение пятна лазера с измеряемого объекта попадает через оптическую систему на фоточувствительную линейку. Положение на ней принятого пятна и позволяет определять расстояние от датчика до объекта, на который он светит. Триангуляционные датчики имеют частоту выдачи данных 10 кГц, существуют версии на 70 кГц. Датчики позволяют измерять расстояние до 3 м. Существуют модификации для измерения внутренних диаметров.
Рис. 4. Устройство триангуляционного датчика
Использование в качестве фотоприемника не линейки, а матрицы позволяет по такому же принципу измерять расстояние не до одной, а сразу до многих точек, расположенных вдоль ленты света, излучаемой датчиком. По такому принципу работают 2D-сканеры (рис. 5).
Рис. 5. 2D-сканеры
Теневые датчики (рис. 6, 7) требуют расположения измеряемого объекта (или его края) между двумя блоками. Излучатель формирует ленту света, частично перекрываемую измеряемым объектом. Расположенная в приемнике линейка фоточувствительных элементов фиксирует формируемую теневую картину, по которой вычисляются внешние габариты измеряемого объекта (если он полностью перекрывается лентой света) или положение его края. Датчики такого типа позволяют проводить измерения с микронной точностью. Существуют двух- и трехканальные версии этих сенсоров, измеряющие по нескольким осям. Они часто используются в кабельной промышленности для измерения диаметра и овальности. Также существует 2D-версия, в которой используется не полоса, а цилиндр света. Она способна измерять внешние профили деталей.
Рис. 6. Теневой датчик
Рис. 7. Примеры работы теневого датчика
Блок индикации S-INDICATOR
При решении многих измерительных задач одного датчика бывает недостаточно или выдаваемые им данные могут потребовать дальнейшей обработки. Для этого был разработан блок S-INDICATOR (рис. 8). В простейшей версии он показывает значения подключенного к нему датчика. Возможна математическая обработка этих значений, например, для вычисления скорости перемещения измеряемого объекта. Также к блоку возможно подключить несколько датчиков для выполнения вычислений с использованием данных, совместно поступающих от нескольких измерительных приборов.
Рис. 8. Блок обработки S-INDICATOR
Система измерения углов крена и тангажа
Разработка и испытание автомобилей – трудоемкие и длительные процессы, требующие решения разнообразных измерительных задач. Во время испытаний возникла необходимость в измерении углов крена и тангажа автомобиля (рис. 9). Это служит примером задачи, требующей совместной работы нескольких датчиков и математической обработки поступающих от них данных. Была предложена система, использующая три триангуляционных датчика, закрепленных на автомобиле и измеряющих расстояния до дорожного покрытия (рис. 10). Эти данные обрабатывались в режиме реального времени для вычисления требуемых величин.
Рис. 9. Система координат автомобиля
Рис. 10. Триангуляционные датчики, измеряющие расстояние до дорожного покрытия
Система измерения толщины и ширины ленты
Примером измерительной задачи, требующей использования нескольких датчиков, также может служить измерение толщины и ширины ленты. Для этого предлагается измерительный комплекс, состоящий из двух триангуляционных датчиков, измеряющих положения верхней и нижней поверхностей ленты, и теневого датчика, измеряющего ширину ленты (рис. 11).
Рис. 11. Система измерения толщины и ширины ленты
Опубликовано в журнале «ИСУП» № 3(117)_2025
ООО «ПТП «Сенсорика-М», г. Москва,
тел.: +7 (499) 487‑0363
e‑mail: info@sensorika.com
Иллюстрации предоставлены компанией ООО «ПТП «Сенсорика-М»
_big.jpg'); "2(116)_small.jpg")
