Фазовый или импульсный лазерный дальномер: как выбрать подходящий метод измерения расстояния

Лазерные дальномеры применяются в промышленности для бесконтактного измерения расстояния, позиционирования и контроля положения объектов. Разные модели используют разные способы определения дистанции. Распространены фазовый и импульсный методы. В обоих случаях работа основана на анализе отражённого от объекта лазерного излучения, но способы определения расстояния различаются. От этого зависят рабочая дальность, скорость измерения и точность конкретного устройства.

Разберём, как работают эти методы, чем они отличаются и для каких производственных задач подходят. Также рассмотрим другие распространённые способы расчёта расстояния.

Фазовый метод

Он основан на непрерывном излучении света, амплитуда которого периодически изменяется с заданной частотой. Лазерный луч направляется к объекту, отражается и возвращается к приёмнику. Измерительная система сравнивает фазу принятого сигнала с фазой исходного и по величине их сдвига рассчитывает расстояние до объекта.

Промышленные фазовые дальномеры могут обеспечивать частоту измерений в несколько килогерц и миллиметровую повторяемость. Они востребованы в задачах динамического контроля, где объект движется, а система должна успевать фиксировать его положение.

Например, устройство может использоваться для контроля положения листового металла на производственной линии. Если заготовка перемещается по конвейеру, датчик постоянно измеряет расстояние до её поверхности и передаёт данные в систему управления.

Другой пример — мониторинг положения элементов автоматизированного оборудования. Дальномер отслеживает перемещение каретки, платформы или другого подвижного узла.

Импульсный метод

Устройство посылает короткий световой импульс к объекту и измеряет время, за которое свет долетает до цели и возвращается. Импульсные дальномеры также называют дальномерами с измерением времени пролёта (TOF).

Они могут использовать оптическое излучение разных длин волн. В промышленной автоматизации распространены модели с видимым красным лазером, например около 650–680 нм, а также модели с инфракрасным излучением, например 905 или 940 нм. Выбор длины волны зависит от конструкции датчика, дальности, характеристик объекта и условий эксплуатации.

Устройства используются, например, для контроля положения крановой тележки или другого крупного подвижного оборудования, когда расстояние до объекта составляет десятки или сотни метров.

Фазовый дальномер LANBAO PDK

Серия лазерных датчиков PDK от LANBAO включает модели с дальностью до 80 и 120 м. Дальномеры этой серии используют фазовый метод и выпускаются в различных исполнениях с промышленными интерфейсами. В зависимости от модели доступны PROFINET, Modbus TCP, SSI, Ethernet/IP, CANopen и другие варианты подключения. Сенсоры PDK имеют разрешение 0,01 мм, а заявленная точность составляет ±2 мм.

Другие методы расчёта расстояния

Помимо лазерных, в промышленности часто применяются, например, ультразвуковые и радарные датчики.

Ультразвуковые датчики определяют расстояние по времени распространения звуковой волны до объекта и обратно. Их важное преимущество — результат в значительно меньшей степени зависит от цвета и оптической прозрачности поверхности.

Такой датчик может быть удобен для обнаружения прозрачных пластиковых деталей, стекла или уровня некоторых жидкостей, с которыми оптическим датчикам работать сложнее.

На работу ультразвуковых датчиков влияют температура и состав окружающего воздуха, поскольку от них зависит скорость распространения звука. Пена, сильные воздушные потоки и некоторые материалы также могут ухудшать качество отражённого сигнала.

Радарные датчики используют радиоволны и значительно меньше зависят от пыли, пара, тумана и других факторов. Они широко применяются для контроля уровня жидкостей и сыпучих материалов в резервуарах и бункерах. Например, радарный уровнемер LANBAO MRA80D20DGRI предназначен для измерения расстояния до 20 м.

В задачах, где требуется точное позиционирование объекта, лазерный дальномер часто даёт более высокую точность. Радар, в свою очередь, может быть предпочтительнее там, где условия эксплуатации затрудняют прохождение оптического излучения.

Важно. При выборе метода учитывайте не только дальность, но и условия эксплуатации. Оптические сенсоры требуют достаточно свободного оптического пути между датчиком и объектом. Пыль, туман, пар, загрязнение оптики и другие факторы, вызывающие рассеяние или ослабление лазерного излучения, могут ухудшать качество измерения.