測距傳感器

測距傳感器的寫法

測距傳感器介紹

超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。

激光測距傳感器：先由激光二極管對準目標發射激光脈沖。經目標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，被光學系統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部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。

激光原理

傳輸時間激光傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發射激光脈沖。經目標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，被光學系統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部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。傳輸時間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。

激光應用

激光測距傳感器的優勢:激光測距傳感器INSIGHT-60核心技術指標

1、激光測距傳感器

2、測量距離范圍0.-60米，200米，要使用反光板

3、全程精度誤差1.5毫米

4、激光連續使用壽命超過5萬個小時（5年）

5、具備標準的RS232、RS422的通訊串口

6、同時具備數字信號和4-20MA模擬型號輸出。模擬信號對應距離值可自行設定

7、激光測距傳感器可以和以太網標準ASC2碼

8、簡潔實用的通訊軟件保證了現場工作的準確方便

一、傳輸時間激光距離傳感器的發展

激光在檢測領域中的應用十分廣泛，技術含量十分豐富，對社會生產和生活的影響也十分明顯。激光測距是激光最早的應用之一。這是由于激光具有方向性強、亮度高、單色性好等許多優點。1965年前蘇聯利用激光測地球和月球之間距離（380´103km）誤差只有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。

利用激光傳輸時間來測量距離的基本原理是通過測量激光往返目標所需時間來確定目標距離。即：。

傳輸時間激光測距雖然原理簡單、結構簡單，但以前主要用于軍事和科學研究方面，在工業自動化方面卻很少見。因為激光測距傳感器售價太高，一般在幾千美元。實際上，所有工業用戶都在尋找一種能在較遠距離實現精密距離檢測的傳感器。因為許多情況下近距離安裝傳感器會受物理位置及生產環境的限制，如今的傳輸時間激光測距傳感器將為這類場合的工程師排憂解難。

二、工作原理

傳輸時間激光傳感器工作時，先由激光二極管對準目標發射激光脈沖。經目標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，被光學系統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部具有放大功能的光學傳感器，因此它能檢測極其微弱的光信號。記錄并處理從光脈沖發出到返回被接收所經歷的時間，即可測定目標距離。傳輸時間激光傳感器必須極其精確地測定傳輸時間，因為光速太快。

例如，光速約為3´108m/s，要想使分辨率達到1mm，則傳輸時間測距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時間：0.001m¸(3´108m/s)=3ps要分辨出3ps的時間，這是對電子技術提出的過高要求，實現起來造價太高。但是如今廉價的傳輸時間激光傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡單的統計學原理，即平均法則實現了1mm的分辨率，并且能保證響應速度。

三、解決其它技術無法解決的問題

傳輸時間激光距離傳感器可用于其它技術無法應用的場合。例如，當目標很近時，計算來自目標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務。但是，當目標距離較遠內或目標顏色變化時，普通光電傳感器就難以應付了。

雖然先進的背景噪聲抑制傳感器和三角測量傳感器在目標顏色變化的情況下能較好地工作，但是，在目標角度不固定或目標太亮時，其性能的可預測性變差。此外，三角測量傳感器一般量程只限于0.5m以內。

超聲波傳感器雖然也經常用于檢測距離較遠的物體，而且由于它不是光學裝置，所以不受顏色變化的影響。但是，超聲波傳感器是依據聲速測量距離的，因此存在一些固有的缺點，不能用于以下場合。

①待測目標與傳感器的換能器不相垂直的場合。因為超聲波檢測的目標必須處于與傳感器垂直方位偏角不大于10°角以內。

②需要光束直徑很小的場合。因為一般超聲波束在離開傳感器2m遠時直徑為0.76cm。

③需要可見光斑進行位置校準的場合。

④多風的場合。

⑤真空場合。

⑥溫度梯度較大的場合。因為這種情況下會造成聲速的變化。

⑦需要快速響應的場合。

而激光距離傳感器能解決上述所有場合的檢測。

四、在自動化領域的廣泛用途

如今，自動檢測和控制的方法中，除了超聲波傳感器和普通光電傳感器外，又增加了一個能解決長距離測量和檢驗的新方法—傳輸時間激光距離傳感器。它為各種不同場合提供了應用的靈活性，這些場合可包括如下：

①設備定位。

②測量料包的料位。

③測量傳送帶上的物體距離和物體高度。

④測量原木直徑。

⑤保護高架起重機免于碰撞。

⑥無誤差檢查場合。

超聲波原理

為了研究和利用超聲波，人們已經設計和制成了許多超聲波發生器?？傮w上講，超聲波發生器可以分為兩大類：一類是用電氣方式產生超聲波，一類是用機械方式產生超聲波。電氣方式包括壓電型、磁致伸縮型和電動型等；機械方式有加爾統笛、液哨和氣流旋笛等。它們所產生的超聲波的頻率、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生器

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

由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關，附表1列出了幾種不同溫度下的聲速。在使用時，如果溫度變化不大，則可認為聲速是基本不變的。如果測距精度要求很高，則應通過溫度補償的方法加以校正。聲速確定后，只要測得超聲波往返的時間，就可以求出距離。這就是超聲波測距原理。

HOLLiAS-LECG3PLC激光測距系統

隨著激光技術的發展，激光測距傳感器在檢測領域得到了越來越多的應用。本文所研究的基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測距系統，對多臺激光測距傳感器所采集到的數據進行處理，并將數據傳送給上位機，實現了對多臺激光測距傳感器的監控。1.激光測距傳感器的基本原理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之間所需的時間，來確定被測目標之間的距離。激光測距傳感器的原理和結構都很簡單，是長距離檢測最有效的手段。激光測距傳感器工作時，首先由激光二極管對被測目標發射激光脈沖。經被測目標反射后，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，被光學系統接收后，成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內部具有放大功能的光學傳感器，能夠檢測極其微弱的光信號。記錄并處理激光脈沖從發射到返回所經歷的時間，即可得到被測目標的距離。2.PLC控制系統硬件設計基于HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC的激光測距系統的功能結構圖如圖1所示。系統通過PLC的自由口通信，接收多臺激光測距傳感器發送過來的數據，根據傳感器提供的數據格式解析數據包，計算出測量的距離。系統的功能還包括顯示測量距離、在非正常情況下報警、與上位機進行數據交換等。PLC的CPU模塊選用HOLLiAS-LECG3系列的LM3108模塊，其性能價格比很高，廣泛應用于工業控制的各個領域。LM3108模塊的標準配置包括兩個串行通信接口PORT0和PORT1，其中PORT0為RS485接口，PORT1為RS232接口。采用RS232接口建立PLC與上位機的通信，實現PLC程序的下裝和監控。采用RS485接口建立PLC與現場儀表的通信。圖1激光測距系統的功能結構圖3.PLC控制系統軟件設計PLC采用自由口通信方式接收激光測距傳感器的數據，用[%]MB400~[%]MB411的12個字節作為通信接收寄存器，存放自由口通信方式下所接收的數據。所謂自由口通信，是指用戶可以通過設置通信模式來改變通信接口的參數，以適應不同的通信協議。在PLC程序中設定的激光測距傳感器的通信參數如表1所示。PLC控制程序采用和利時公司的編程軟件PowerPro完成，下面詳細介紹數據解析程序。其它應用程序從略。表1激光測距傳感器的通信參數3.1數據解析程序的變量定義PROGRAMPLC[_]PRGVARSetRS485:Set[_]COMM2[_]PRMT;(*RS485自由口通信參數設置*)SetRS485Q:BOOL;(*RS485自由口通信參數設置標志*)Receive:COMM2[_]RECEIVE;(*RS485自由口通信數據接收*)ReceiveQ:BOOL;(*RS485自由口通信數據接收標志*)ReceivedData:STRING;(*存儲ASCII碼數據的字符串*)Position1:INT;(*起始字符的位置*)Position2:INT;(*結束字符的位置*)ReceivedData[_]STRING:STRING;(*ASCII碼形式的數據*)ReceivedData[_]DWORD:DWORD;(*十六進制形式的數據*)END[_]VAR3.2數據解析程序的梯形圖3.3數據解析程序分析PLC從激光測距傳感器接收到的數據是ASCII碼形式，所以需要將ACSII碼轉換成PLC能夠操作的十六進制數。首先在存儲ASCII碼數據的字符串ReceivedData中找到數據的起始字符“+”，并將其位置存儲在變量Position1中。然后再找到數據的結束字符“$R”，并將其位置存儲在變量Position2中。將位置Position2與位置Position1之間的字符取出，存入變量ReceivedData[_]STRING中，此即為數據的ASCII碼形式。將該ASCII碼形式的數據ReceivedData[_]STRING轉換位十六進制形式的數據ReceivedData[_]DWORD，即完成了數據的解析。4.結論采用和利時HOLLiAS-LECG3小型一體化PLC作為激光測距系統的控制核心，可以方便地與激光測距傳感器進行通信。實踐證明，該方案結構簡單，運行過程穩定可靠，實現了激光測距系統的數據采集與處理。