eng
Выпуск #2/2011
Е.Кудрявцев, И.Мацак, М.Макаренко
Оптический растровый датчик скорости
Оптический растровый датчик скорости
Просмотры: 5298
Область применения бесконтактных датчиков скорости обширна – от контроля движения заготовок в металлургическом производстве до учета бумажной продукции. В разработанном приборе использованы новые принципы архитектуры чувствительного элемента, новые подходы к обработке сигнала датчика, внедрены современные оптические системы. Качественные эксперименты свидетельствуют о высоком потенциале прибора.
Теги: metal blocks velocity sensor optical scanning method paper length sensor датчик длины бумаги датчик скорости металлических заготовок оптический растровый метод
Оптический растровый метод измерения скорости [1] основан на регистрации света, рассеянного движущейся поверхностью. Световой поток через объектив попадает на специальную фотодиодную структуру (рис.1). Микрокомпьютер обрабатывает сигнал фотосенсора [2] и выводит результат на экран или передает в систему управления технологическим процессом.
После разработки проекта были проведены эксперименты по сравнению результатов, полученных разрабатываемым датчиком, с показаниями лазерного допплеровского измерителя скорости (ЛДИС) [3]. Новые подходы к обработке сигнала легли в основу специального алгоритма. Его использование при измерениях скорости показало, что результаты, полученные бесконтактным датчиком, отличаются от результатов, полученных ЛДИС, не более, чем на 0,2%.
Созданию датчика сопутствовал проект разработки специального калибровочного стенда, который позволил повысить точность измерения. Как результат проекта калибровочный стенд изготовлен, и его использование позволит калибровать датчики скорости таким образом, что уровень погрешности станет не хуже 0,1%. Это тот результат, к которому мы стремимся и который соответствует аналогичным продуктам, уже имеющимся на рынке [4]. В чем же отличительная особенность разработанного растрового датчика? Это – его универсальность. Он может быть использован в работе с большинством типов поверхностей: от металлов до тканей и бумаги. Перед нами стоит задача достичь заданного уровня погрешности при смене поверхности, если такая задача возникнет перед заказчиком. Мы разработали функцию автокалибровки прибора, и при введении в нее новых значений рабочих параметров, связанных с заменой материала поверхности, уровень точности измерений не снизится. В этом дополнительное преимущество нашего прибора перед иными аналогами.
Область возможных применений бесконтактных датчиков скорости весьма обширна. Но относительно высокая стоимость весьма ограничивает их применение. Однако предполагаемая стоимость разработанного датчика, работающего на оптическом растровом принципе, будет в 3–5 раз меньше, чем у аналогов. Такие успехи достигнуты за счет использования передовых технологий обработки сигнала. Это существенно увеличит доступность бесконтактных датчиков скорости. Промышленные применения еще больше расширяют круг задач, решаемых с помощью оптического растрового датчика скорости (рия.2). Так, интегрируя значение скорости, можно получать значение длины или пройденного пути. Это очень важно при изготовлении длинномерных материалов, для контроля технологических процессов, точного учета произведенной продукции. Кроме того, по сигналам сенсора можно одновременно оценивать качество поверхности. Наиболее перспективны наши бесконтактные устройства в следующих направлениях:
• измерение скорости и длины труб;
• измерение скорости и длины проволоки;
• измерение объема сточных вод промышленных объектов [5];
• оценка качества поверхности;
• измерение скорости движения транспортных средств.
В 2011 году мы планируем изготовить экспериментальные образцы датчиков и провести их испытания на промышленных объектах для рассмотренных выше приложений.
Литература
1. Звенигородский Э., Каминский Ю., Мартынова В. и др. Применение оптического растрового метода для измерения скорости и течения в открытых каналах.– Датчики и системы, 2001, №11.
2. Головкин Д., Куприянов М. Бесконтактное измерение скорости движения поверхности цифровым методом. – Цифровая обработка сигналов,
2003, №3.
3. Звенигородский Э., Каминский Ю., Проскурнев С. и др. Ла-
зерные и оптические измерители скорости и длины.– Датчики и системы, 2003, № 7.
4. HuhnkeB. Kompakter optoelektronischer 2-D Sensor zur Weg- Geschwindig-keits- und Winkelbestimmung. – Sensor-Magazin, 1994, №3.
5. Kaminsy Yu., Zamansky V., Zvenigorodsky E. et al. The use of optical raster method for flow velocity measurement in open channels. – Proc. 8th Intern. Conf. on Flow Measurement «FLOMENCO», 1996.
После разработки проекта были проведены эксперименты по сравнению результатов, полученных разрабатываемым датчиком, с показаниями лазерного допплеровского измерителя скорости (ЛДИС) [3]. Новые подходы к обработке сигнала легли в основу специального алгоритма. Его использование при измерениях скорости показало, что результаты, полученные бесконтактным датчиком, отличаются от результатов, полученных ЛДИС, не более, чем на 0,2%.
Созданию датчика сопутствовал проект разработки специального калибровочного стенда, который позволил повысить точность измерения. Как результат проекта калибровочный стенд изготовлен, и его использование позволит калибровать датчики скорости таким образом, что уровень погрешности станет не хуже 0,1%. Это тот результат, к которому мы стремимся и который соответствует аналогичным продуктам, уже имеющимся на рынке [4]. В чем же отличительная особенность разработанного растрового датчика? Это – его универсальность. Он может быть использован в работе с большинством типов поверхностей: от металлов до тканей и бумаги. Перед нами стоит задача достичь заданного уровня погрешности при смене поверхности, если такая задача возникнет перед заказчиком. Мы разработали функцию автокалибровки прибора, и при введении в нее новых значений рабочих параметров, связанных с заменой материала поверхности, уровень точности измерений не снизится. В этом дополнительное преимущество нашего прибора перед иными аналогами.
Область возможных применений бесконтактных датчиков скорости весьма обширна. Но относительно высокая стоимость весьма ограничивает их применение. Однако предполагаемая стоимость разработанного датчика, работающего на оптическом растровом принципе, будет в 3–5 раз меньше, чем у аналогов. Такие успехи достигнуты за счет использования передовых технологий обработки сигнала. Это существенно увеличит доступность бесконтактных датчиков скорости. Промышленные применения еще больше расширяют круг задач, решаемых с помощью оптического растрового датчика скорости (рия.2). Так, интегрируя значение скорости, можно получать значение длины или пройденного пути. Это очень важно при изготовлении длинномерных материалов, для контроля технологических процессов, точного учета произведенной продукции. Кроме того, по сигналам сенсора можно одновременно оценивать качество поверхности. Наиболее перспективны наши бесконтактные устройства в следующих направлениях:
• измерение скорости и длины труб;
• измерение скорости и длины проволоки;
• измерение объема сточных вод промышленных объектов [5];
• оценка качества поверхности;
• измерение скорости движения транспортных средств.
В 2011 году мы планируем изготовить экспериментальные образцы датчиков и провести их испытания на промышленных объектах для рассмотренных выше приложений.
Литература
1. Звенигородский Э., Каминский Ю., Мартынова В. и др. Применение оптического растрового метода для измерения скорости и течения в открытых каналах.– Датчики и системы, 2001, №11.
2. Головкин Д., Куприянов М. Бесконтактное измерение скорости движения поверхности цифровым методом. – Цифровая обработка сигналов,
2003, №3.
3. Звенигородский Э., Каминский Ю., Проскурнев С. и др. Ла-
зерные и оптические измерители скорости и длины.– Датчики и системы, 2003, № 7.
4. HuhnkeB. Kompakter optoelektronischer 2-D Sensor zur Weg- Geschwindig-keits- und Winkelbestimmung. – Sensor-Magazin, 1994, №3.
5. Kaminsy Yu., Zamansky V., Zvenigorodsky E. et al. The use of optical raster method for flow velocity measurement in open channels. – Proc. 8th Intern. Conf. on Flow Measurement «FLOMENCO», 1996.
Отзывы читателей
