
选择传感器:激光传感器规格说明
制造商使用很多术语来描述传感器的性能:精度、分辨率、可重复性或再现性、线性度等。 但并非所有制造商都使用相同的规格,这就导致难以比较不同型号的传感器。 以下指南解释了常见的传感器规格,并讨论了如何根据这些规格找到适合您应用的传感器。
精度不是最重要的吗?
您最先看到的规格可能就是精度。 精度是指测量值与实际值之间的最大差异;测量值和实际值之间的差异越小,则精度越高。 比方说,精度为 0.5 mm 时,意味着传感器读数将在实际距离的 ±0.5 mm 以内。
然而,精度往往并非工业传感和测量应用中最重要的考虑因素。 继续阅读以了解原因,并根据应用类型了解需要考虑的重要规格。
适合于离散应用的重要规格
对于离散激光测量传感器,邦纳提供了两项关键规格:重复精度和最小物体间距。 虽然这两种方法都有助于比较离散传感产品,但最小物体间距对帮助您选择在实际应用中性能可靠的传感器最有价值。
重复精度
重复精度(或再现能力)是指传感器在相同条件下重现相同测量结果的可靠程度。 重复精度为 0.5 mm,表明同一目标的多次测量结果落在 ± 0.5 mm 的范围内。
传感器制造商通常使用这种规格,它可以作为一个很有用的比较点;不过它属于静态测量,可能并不代表传感器在实际应用中的性能。
重复精度规格涉及到对不移动的单色目标进行检测。该规格没有考虑目标的变化,包括斑点(目标表面的微观变化)或颜色/反射率转换,这些都会对传感器性能产生重大影响。
最小物体间距 (MOS)
最小物体间距 (MOS)为了让传感器可靠检出目标而必须在目标与背景之间保持的最短距离。 最小物体间距为 0.5 mm,表明传感器可以检测出距离背景至少 0.5 mm 的物体。
最小物体间距是离散应用中最重要也最有价值的规范。 这是因为 MOS 会测量同一物体上同一距离的不同点来捕捉动态重复精度。 这样就能更好地了解传感器在实际离散应用中的性能和正常的目标变化。
MOS 在离散应用中的重要性
右边的图片所示为使用 Q4X 传感器识别发动机缸体中有无垫圈。 点击这里了解有关该应用的更多信息。
如果传感器检测到轻微的高度差,哪怕只有 1 毫米,它也会发出信号,提醒操作员缺少一个垫圈或是存在多个垫圈。
MOS 规格对于确定可检出的最小变化非常重要。
适合于模拟应用的重要规格
对于模拟应用,邦纳提供分辨率和线性度规格。 虽然分辨率是传感器制造商最常用的规格,但对于许多需要在传感器量程范围内进行一致测量的应用来说,线性度最为有用。
分辨率
分辨率指示传感器能检出的最小距离变化。 分辨率 <0.5 mm,意味着传感器可以检出距离为 0.5 mm 的变化。 该规格与最佳情况下的静态重复精度相同,但它是以绝对数而不是 +/- 表示的。
分辨率规格有一个问题,那就是它们代表传感器在“最佳情况”下的分辨率,因此无法全面反映传感器的实际性能,有时甚至会夸大传感器的性能。 在典型应用中,分辨率受目标条件、目标距离、传感器响应速度和其他外部因素的影响。 例如,三角测量传感器的误差来源有物体光泽度、斑点和颜色过渡,它们会影响分辨率。
线性度
线性度是指传感器的模拟输出在整个测量范围内接近直线的程度。 传感器的测量值越是呈线性,在整个传感器范围内的测量值就越一致。线性度为 0.5 mm,表明传感器量程内的最大测量误差为 ± 0.5 mm。
换言之,线性度是指理想的直线测量和实际测量之间的最大偏差。 在模拟应用中,如果可以示教近点和远点,传感器的显示精度就不那么重要了,重要的是输出线性度。 这是因为传感器线性度越高,输出越是沿测量线呈现出正确的变化。
假设某个目标距离两个传感器 100 毫米,两个传感器的示教距离分别为 100 毫米和 200 毫米。 在 100 毫米处,传感器 A 的测量值为 100 毫米,传感器 B 的测量值为 110 毫米。在 200 毫米处,传感器 A 的测量值为 200,传感器 B 的测量值为 210。 然后将目标移到距离传感器 150 毫米的地方。 传感器 A 的距离为 153 毫米,传感器 B 的距离为 160 毫米。
实际距离 | 传感器 A 的显示值 | 传感器 B 的显示值 |
---|---|---|
实际距离 100 毫米 | 传感器 A 的显示值 100 毫米 | 传感器 B 的显示值 110 毫米 |
实际距离 150 毫米 | 传感器 A 的显示值 153 毫米 | 传感器 B 的显示值 160 毫米 |
实际距离 200 毫米 | 传感器 A 的显示值 200 毫米 | 传感器 B 的显示值 210 毫米 |
在这种情况下,传感器的准确度更高,因为它们更接近每个点的实际距离。 但传感器 B 的线性度更高,因为该传感器的读数在整个范围内更加一致。
线性度在模拟应用中的重要性
在右图中,Q4X 模拟激光测量传感器上的两点示教选项用于示教满仓(4 mA)和空仓(20 mA)。 模拟量输出提供堆叠高度的实时测量结果。
传感器的线性度越高,满仓和空仓之间的测量结果就越好。 在完美的线性度下,当传感器提供 12 mA 电流时,堆栈的一半就会消失。
温度效应
温度效应是指因环境温度变化而产生的测量值变化。 0.5 mm/°C 的温度效应意味着环境温度每变化一度,测量值就会变化 0.5 mm。
总预期误差
总预期误差是模拟应用中最重要的规格。 这是一种整体计算,用于估算线性度、分辨率和温度效应等因素的综合影响。 由于这些因素是独立的,因此可以使用平方和根值将它们综合起来,计算出总预期误差。
下图是模拟传感器的总预期误差计算示例。
这些计算结果比单个规格更有价值,因为它能更全面地反映传感器在实际应用中的性能。
邦纳产品数据表中提供了计算总预期误差的必要规格。
适合于 IO-Link 应用的重要规格
重复精度即传感器再现相同测量结果的可靠程度,它是 IO-Link 传感器的常见规格。 但与离散应用一样,重复精度并非 IO-Link 应用的唯一因素或最重要因素。
精度在这方面更为重要。 如前所述,精度是实际值与测量值之间的最大差值。使用 IO-Link 时,测量值(显示在显示屏上)直接传送到 PLC。因此,数值必须尽可能接近“真实”。
IO-Link 应用的最佳情况是传感器既精确,重复精度也高。 不过,如果传感器具备重复精度但精度不高,用户仍可通过 PLC 校准偏移量。
精度在 IO-Link 应用中的重要性
在右图的应用示例中,Q4X 激光测量传感器可检测出深色汽车门板上是否有深色嵌入件。 了解有关这项应用的更多信息。
IO-Link 过程数据显示嵌入件的距离,以确定有无嵌入件。 无论目标颜色如何,都必须准确测量。
IO-Link 应用的总预期误差
总预期误差是 IO-Link 应用中最重要的规格。 邦纳针对 IO-Link 传感器计算总预期误差的方法与模拟应用有点不同。 对于 IO-Link 传感器,总预期误差代表精度、重复精度和温度效应的综合影响。 同样,由于这些因素是独立的,因此可以使用平方和根值法将它们综合起来,计算出总预期误差。
有关如何计算 IO-Link 传感器的示例,请参阅下文。
与模拟应用的总预期误差一样,这些计算结果对于 IO-Link 应用来说比单个规格更有价值,因为它能更全面地反映传感器在实际应用中的性能。
邦纳产品数据表中提供了计算总预期误差的必要规格。