Лазерний датчик відстані, ультразвук чи оптика

Датчик відстані: лазер, ультразвук чи оптика

Коротко. Спочатку відповідають на одне питання: вам потрібне число чи відповідь «так / ні». Якщо треба число (скільки міліметрів до об'єкта), це лазерний або ультразвуковий датчик із аналоговим виходом. Якщо треба лише факт наявності об'єкта, беріть звичайний оптичний датчик, він дешевший у кілька разів і трохи швидший. Далі вибір ріжеться двома параметрами: яка поверхня у вашого об'єкта і як швидко треба міряти. У Dx35, Dx50 і DL50 паспорт друкує одне число похибки на весь діапазон, ± 7…10 мм, але умова біля цього числа в кожного паспорта своя: у DT35 і DT50-2B215252 це коефіцієнт відбиття 6…90 %, у DT50-P1113, DT50-P1123 і DS50-P1112 — тільки 90 %, а в DL50-P1123, який міряє по рефлектору, біля ± 7 мм виноски немає взагалі; у DL100 це ± 2 мм, але з виноскою про ± 4 мм на ділянці 150…180 мм. Зате діапазон лазера падає в 2,5-4 рази на чорному. Ультразвук не має колонки «коефіцієнт відбиття» взагалі, а його час відповіді 150-325 мс проти 0,83 мс у найшвидшого лазера — порівнювати ці два числа можна лише за порядком, бо паспорти визначають їх по-різному, і нижче ми показуємо, як саме.

Усі цифри нижче взяті з паспортів виробників, які ми відкривали в цьому проході: вісім із дев'яти лазерних датчиків Sick (паспорт DT50-2B215552 відкрити не вдалося), два ультразвукових Pepperl+Fuchs і два оптичних Sick для порівняння. Там, де число наше (ділення, відсотки), так і написано. У розділі датчиків відстані зараз 11 позицій, і нижче ми показуємо, чим вони реально відрізняються, а не переписуємо прайс.

Перший розділювач: число чи факт

Це найдорожча помилка в підборі, і вона трапляється в обидві сторони. Один клієнт платить за лазерний датчик із 16-бітним аналоговим виходом, щоб ловити проходження ящика по конвеєру. Інший намагається побудувати контроль товщини на дифузному оптичному датчику з потенціометром.

Різниця в швидкості при цьому не на користь вимірювальних приладів, і це дивує. Оптичні GRL18S і GRTB18S мають час відповіді менше 500 мкс при частоті перемикання 1 000 Гц. Найшвидший наш лазерний датчик, DT50-2B215252, у найшвидшому режимі дає 0,83 мс. Тобто простий оптичний датчик реагує щонайменше в 1,7 раза швидше (це наше ділення, і «менше 500 мкс» — верхня межа, точного числа паспорт не дає), просто він не повідомляє, на якій відстані об'єкт.

Типи оптичних схем (дифузний, рефлексний, бар'єрний) ми тут не переказуємо, вони розібрані в огляді оптичних датчиків. Загальний підбір за задачею лежить у підборі датчиків для автоматизації, а якщо ваша задача це рівень у резервуарі, йдіть у датчики рівня: там свої правила, і ця стаття їх не покриває.

Головна цифра, якої немає в прайсі: коефіцієнт відбиття

Коли в описі лазерного датчика написано «12 метрів», це 12 метрів до об'єкта з 90-відсотковим відбиттям, тобто до чогось білого. Паспорти Sick друкують три діапазони, а не один, і різниця між ними вирішує, купите ви потрібний датчик чи поміняєте його через місяць.

Відношення в останній колонці ми порахували самі, діленням паспортних чисел. Практичний висновок простий: якщо ви міряєте до чорної гуми, темного вугілля або матової чорної фарби, беріть паспортну колонку 6 % і забудьте про цифру з назви товару. Для DT50-P1123 це означає 2,5 метра замість десяти. І ще: у DT35-B15251, DT35-B15551 і DT50-2B215252 паспортні максимальні діапазони з цієї таблиці заявлені для режиму швидкості Slow (виноска 1), тобто не одночасно з найкоротшим часом відповіді.

А тепер цікаве. У паспортах обох ультразвукових датчиків Pepperl+Fuchs колонки «коефіцієнт відбиття» немає взагалі. Замість неї там стоїть «standard target plate 100 × 100 mm», тобто діапазон нормований по пластині заданого розміру. Це спостереження про те, як два різні виробники будують свої паспорти, а не наша оцінка фізики: ультразвуковий паспорт просто не описує діапазон через відбивну здатність поверхні, він описує його через розмір мішені. Якщо у вас об'єкт темний, але великий і твердий, ультразвук цю задачу бачить інакше, ніж лазер.

Точність: ± 10 мм абсолютних проти ± 1 % діапазону

Тут два виробники міряють різними лінійками, і порівнювати цифри «в лоб» не можна.

Sick друкує абсолютну похибку: типово ± 10 мм у DT35-B15251 і DT35-B15551, ± 7 мм у DT50-2B215252, ± 10 мм у DT50-P1113, DT50-P1123 і DS50-P1112, ± 7 мм у DL50-P1123 і ± 2 мм у DL100-21AA2112. «Абсолютна» тут означає тільки одне: паспорт дає одне число на весь діапазон, а не окреме на кожну відстань. А ось умова, за якої це число чинне, у кожного паспорта своя, і саме її пропускають при порівнянні моделей між собою.

Різниця між «6…90 %» і «тільки 90 %» практична, а не формальна. Паспорт DT35 дає свої ± 10 мм і на чорному в межах відповідного діапазону, а паспорт DT50-P1113 обіцяє ± 10 мм лише на білому: що буде на 6 % відбиття, він не нормує, і домислювати це за нього ми не будемо.

Pepperl+Fuchs друкує відносну: відхилення характеристичної кривої ± 1 % від повної шкали, повторюваність ± 0,1 % від повної шкали і вплив температури ще ± 1 % від повної шкали. Порахуємо, що це дає в міліметрах (наша арифметика): у UB2000-F42-I-V15 при стандартній верхній межі 2 000 мм це ± 20 мм, у UB4000-F42-I-V15 при 4 000 мм це ± 40 мм.

Не плутайте роздільність із точністю. Роздільність 0,7 мм у ультразвукового датчика означає найменший крок, який він здатен показати, а не те, наскільки це число близьке до правди. Правда там у рядку «відхилення характеристичної кривої»: у UB2000 вона в 28,6 раза грубіша за роздільність (± 20 мм проти 0,7 мм), у UB4000 — у 57,1 раза (± 40 мм проти 0,7 мм). Обидва відношення — наше ділення.

Окремо про повторюваність, бо її легко прочитати не так. Паспорт означає під нею статистичний розкид при незмінних умовах: у DT35 рядок ≥ 0,5 мм підписаний «еквівалентно 1 σ» і діє для коефіцієнта відбиття 6…90 %, у DT50-P1113 і DT50-P1123 це ≥ 2,5 мм, у DL50-P1123 ≥ 2 мм, у DL100 0,5 мм із приміткою «статистична помилка 1 σ, умови середовища незмінні, прогрів не менше 10 хвилин». У DT35-B15251 до цього рядка стоять аж три виноски: 1 σ, коефіцієнт відбиття 6…90 % і відсилання до кривих повторюваності в кінці паспорта. Кривих там п'ять, по одній на режим швидкості від Super Slow до Super Fast, і на кожній три лінії — 6 %, 18 % і 90 % відбиття — які розходяться з відстанню. Тобто ≥ 0,5 мм це найкращий кут цих графіків, а не постійна величина. Тобто цей рядок не відповідає на питання «чи покаже прилад те саме, що вчора». На «те саме, що вчора» працюють інші рядки: у ультразвукових це вплив температури ± 1 % повної шкали (ще близько ± 20 мм на двометровій межі), у лазерних — час прогріву (до 15 хвилин у Dx50, типово 7 хвилин у DL100 при температурі нижче −10 °C). Якщо вам потрібна стабільність між змінами, міряйте після прогріву і в стабільній температурі.

Швидкість: 0,83 мс проти 325 мс

Це найбільша розбіжність між лазером і ультразвуком у всій статті, але читати її треба уважно: два виробники визначають рядок «час відповіді» по-різному.

Різниця між UB4000 і DT50-2B215252 виходить приблизно в 390 разів (наше ділення 325 на 0,83, умови в цих двох рядках різні — див. нижче). Зверніть увагу на закономірність у самій ультразвуковій парі: у двометрового UB2000 частота перетворювача близько 175 кГц і відповідь 150 мс, у чотириметрового UB4000 частота 85 кГц і відповідь 325 мс. Тобто в межах однієї родини довший діапазон іде разом із нижчою частотою перетворювача і довшою відповіддю — це кореляція з двох паспортів, а не наше фізичне виведення: причини документи не друкують, і ми їх не домислюємо.

Тепер про умови, без яких ця таблиця читається неправильно, і вони різні в різних паспортах — одного спільного правила тут немає.

• DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252. Обидва рядки, і час відповіді, і частота перемикання, несуть ті самі дві виноски: 5) значення залежить від обраного режиму швидкості (Super Fast … Super Slow) і 6) воно нормоване для бокового входу об'єкта в зону вимірювання. Тобто 0,83 мс у DT50-2B215252 і 2,5 мс у DT35-B15251 — це не «час відповіді взагалі», а значення найшвидшого режиму при боковому вході.
• DT50-P1113, DT50-P1123. Рядка «частота перемикання» в цих паспортах немає взагалі. Час відповіді 20 / 30 мс обумовлений двома іншими виносками: 3) він залежить від налаштування усереднення fast/slow і 5) боковий вхід об'єкта в зону вимірювання. Режимів Super Fast … Super Slow тут не друкують.
• DS50-P1112. Тут є обидва рядки, 10 / 50 мс і 50 / 10 Гц, і обидва несуть одну виноску — залежність від налаштування усереднення fast/slow.
• DL50-P1123. Рядка «частота перемикання» немає, а час відповіді 15 / 30 мс несе дві виноски: 3) налаштування усереднення fast/slow і 4) боковий вхід об'єкта в зону вимірювання.
• DL100. Час відповіді 2 мс стоїть без виносок, зате паспорт окремо нормує максимальну швидкість руху об'єкта — 15 м/с.

Крім часу відповіді Sick друкує окремим рядком час на виході (output time): у DT50-2B215252 це 0,33 / 1,33 / 3,33 / 10 / 30 мс, у DT35-B15251 — 1 / 2 / 4 / 8 / 32 мс. Паспорт друкує його окремим рядком і не каже, як він співвідноситься з часом відповіді, тому ми його ні додаємо до часу відповіді, ні відкидаємо: якщо такт вашої машини близький до цих чисел, це питання до технічної підтримки виробника, а не до нашої арифметики.

Паспорт Pepperl+Fuchs не має нічого з цього: там стоїть «response delay прибл. 325 мс» без жодної умови. Тому наше відношення в 390 разів ділить два по-різному визначені рядки. Порядок величини в ньому чесний — між лазером і ультразвуком це справді сотні разів. Друга значуща цифра в ньому — ні, і будувати на ній розрахунок такту конвеєра не варто.

У лазерних датчиків час відповіді не фіксований, його вибирають налаштуванням швидкості, і за швидкість платять точністю. У DT35 п'ять режимів від Super Fast до Super Slow, причому паспортні 12 000 мм заявлені саме для режиму Slow (виноска 1 у паспорті). Тому «12 метрів і 333 Гц» одночасно отримати не вийде. Те саме стосується DT35-B15551 і DT50-2B215252: у цих трьох паспортах максимальний діапазон узятий для повільного режиму, а мінімальний час відповіді — для найшвидшого, і разом ці два числа не існують.

Лазерний клас 1 проти класу 2: за що платять

Якщо на вашому об'єкті вимагають лазер класу 1 (а це часто вимога служби охорони праці для зон, де ходять люди), приготуйтесь віддати за це або швидкість, або діапазон. У нас є дві пари датчиків, де відрізняється рівно цей параметр, і це добре видно.

Тут важливо розділити те, що паспорти друкують, і те, чого вони не друкують. У DT35-B15551 максимальна потужність та сама, 250 мВт, коефіцієнт заповнення 1/500 проти 1/250, а частота перемикання 166 проти 333 Гц. Це три окремі рядки, і причинного зв'язку між ними паспорт не заявляє — ми його теж не заявляємо. У DT50-P1123 максимальна потужність знижена з 180 до 120 мВт, а час відповіді не змінився взагалі (20 / 30 мс, як у P1113): різниця між цією парою вилізла в діапазоні на темних поверхнях. Нормативне посилання лазерного класу — IEC 60825-1:2014 і EN 60825-1:2014 — стоїть в усіх восьми відкритих паспортах, і в обох DT35 зокрема.

Одна річ, яку варто знати до того, як платити за клас 1: виноска «не дивитись у промінь навмисне і не направляти його в очі людям» стоїть у паспортах і класу 1, і класу 2, текст у них однаковий. Чим саме межа класу 1 відрізняється від класу 2, визначає IEC 60825-1; наші паспорти називають лише номер класу і посилання на цей стандарт, тому самої класифікації ми тут не переказуємо.

Рефлектор проти природної поверхні: як беруть 50 і 100 метрів

Два наших датчики міряють на десятки метрів, і обидва роблять це не по об'єкту, а по світлоповертальній плівці. У їхніх паспортах у рядку «мішень» стоїть не «Natural objects», а Reflector.

• DL100-21AA2112: 0,15…100 м по плівці diamond grade, точність ± 2 мм, повторюваність 0,5 мм, час відповіді 2 мс, роздільність задається (0,1 / 0,125 / 1 / 10 / 100 мм). Живлення 18…30 В, споживання менше 250 мА при 24 В. Два рядки з цього паспорта, які вирішують, підійде прилад взагалі: Scope — Indoor, тобто виробник нормує його для приміщення, і максимальна швидкість руху 15 м/с (прискорення до 15 м/с²). Якщо датчик має стояти на відкритому майданчику, це узгоджують з виробником, а не вирішують за нього. Це прилад позиціювання, а не виявлення: типово його ставлять мірятись до плівки на рухомій каретці.
• DL50-P1123: 200…50 000 мм по плівці Diamond Grade, точність ± 7 мм, повторюваність ≥ 2 мм, час відповіді 15 або 30 мс, лазерний клас 1, IP65. Час ініціалізації ≤ 250 мс, прогрів до 15 хвилин.

Плівка при цьому — окрема позиція, а не комплектація датчика. Та сама «Diamond Grade», на яку нормовані обидва паспорти, у нас є під артикулом REF-DG. Замовляти датчик без неї сенсу небагато: по природній поверхні ці дві моделі своїх десятків метрів не дадуть.

Пляма у DL100 росте з відстанню за паспортною формулою 5 мм + (2 мм × відстань у метрах). На 50 метрах це 105 мм (наше підставляння в паспортну формулу). Тобто плівка на тій відстані має бути ширшою за 10 сантиметрів, інакше частина променя піде мимо. Про це зазвичай згадують уже на монтажі.

Мертва зона: чому ультразвук не міряє впритул

У ультразвукового датчика є зона біля мембрани, де він не працює, і вона велика. У UB2000 це 0…60 мм, у UB4000 вже 0…200 мм. Паспорти дають це окремим рядком «dead band» і причини не пояснюють — тому ми її не вгадуємо. Видно лише, що зона росте разом із діапазоном. Практичний висновок один і він жорсткий: ближче ніж 200 мм від торця UB4000 не міряється нічого.

У паспортах P+F є ще один рядок, який легко пропустити: adjustment range. У UB2000 діапазон чутливості 60…2000 мм, а налаштувати межу спрацювання можна в діапазоні 90…2000 мм. Тобто нижня межа налаштування вище за нижню межу чутливості. У UB4000 те саме: чутливість від 200 мм, налаштування від 240 мм.

Зверніть увагу: рядок «dead band» є саме в ультразвукових паспортах. У лазерних такого рядка немає, там нижня межа просто вписана в діапазон вимірювання: 50 мм у DT35, 200 мм у тих Dx50, чиї паспорти ми відкривали, 150 мм у DL100 — тобто мінімум теж не нульовий, але це інший рядок паспорта, не мертва зона. Якщо вам треба міряти з 20 мм, жоден із десяти приладів, чиї паспорти ми відкривали, не підходить, і це той випай, коли краще сказати одразу.

Виходи й інтеграція: де ховаються проблеми

Аналоговий вихід має обмеження по навантаженню, і його треба звірити зі входом вашого контролера до замовлення, а не після.

• 4…20 мА, допустимий опір навантаження: ≤ 450 Ω у DT35-B15251 і DT50-2B215252, ≤ 300 Ω у DT50-P1113 і DT50-P1123, 0…300 Ω у обох ультразвукових. Якщо у вас довгий кабель плюс шунт на вході ПЛК, 300 Ω закінчуються швидше, ніж здається.
• Вихід по напрузі є не всюди. 0…10 В при опорі навантаження ≥ 50 000 Ω друкують паспорти DT35-B15251 і DT50-2B215252; у DT50-P1113 і DT50-P1123 є тільки струмовий 4…20 мА при ≤ 300 Ω. І окреме попередження з паспорта DT35-B15251: при використанні аналогового виходу по напрузі живлення має бути вище 13 В, а при IO-Link вище 18 В, хоча сам діапазон живлення починається з 12 В.
• Роздільність аналогового виходу: 12 біт у DT35-B15251 і 16 біт у DT50-P1113, DT50-P1123, DT50-2B215252. Тут дешевший DT35-B15251 програє дорожчій родині DT50, і це не помилка каталогу: обидва числа стоять у відповідних паспортах. Чому так, документи не пояснюють, тому причини ми не домислюємо.
• IO-Link V1.1 у DT35-B15251 на 38,4 кбіт/с з process data, параметризацією і діагностикою. Через нього ж налаштовується гістерезис у діапазоні 0…11 950 мм. Якщо ви плануєте перенастроювати датчик з ПЛК, а не кнопками, дивіться саме цей рядок.
• Цифрові виходи — головна пастка всього розділу. Push-pull PNP/NPN друкують лише чотири паспорти: DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252 і DL100. У DT50-P1113, DT50-P1123, DS50-P1112 і DL50-P1123 у рядку типу стоїть просто «PNP». Порахуємо по-іншому, бо так зрозуміліше: push-pull з NPN дають лише чотири позиції з одинадцяти — DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252 і DL100. Решта Dx50 і DL50 — тільки PNP, а обидва ультразвукові взагалі не мають цифрового виходу: у них один аналоговий 4…20 мА і все. Тобто якщо ваш вхід приймає тільки NPN, вибір у цьому розділі звужується до чотирьох позицій, а не розширюється. Паспорт DT50-2B215552 ми не відкривали, тому в цей підрахунок він не входить. У DT35-B15251 виходів один-два, до 100 мА, падіння напруги менше 3 В, а вихід Q2 перемикається між струмовим, напруговим і цифровим режимом.

Про логіку PNP і NPN та підключення до входів контролера ми писали окремо: як підключити датчик до ПЛК, NPN проти PNP — і якщо ваш вхід NPN-only, спершу гляньте там, бо вибір звужується до тих самих чотирьох позицій. По корпусу й умовам: DT35, Dx50 і DL100 — усі IP65 і клас захисту III, ультразвукові UB2000 і UB4000 — IP54, і це варто врахувати, якщо прилад стоїть там, де мийка шлангом. Робочий діапазон ультразвукових −25…70 °C, корпус ABS.

По роз'ємах усе однотипно, але перевірити варто до замовлення: усі вимірювальні датчики цього ряду — штекер M12 на 5 контактів (у DL100 M12, сумісний зі SPEEDCON, плюс окремі порти PROFINET), ультразвукові UB2000 і UB4000 — теж M12 на 5 контактів, а оптичні GRL18S і GRTB18S — M12 на 3 контакти. Кабель із відповідним роз'ємом у комплект датчика не входить: у нас є, наприклад, YF2A15-100VB5XLEAX — M12 на 10 метрів.

І про пуск, бо це друге за частотою питання після виходу. Тут ми скажемо тільки те, що є в паспортах, бо інструкцій з експлуатації на ці моделі в цьому проході не відкривали. Паспорти друкують дві речі: рядок «teach-in аналогового і цифрового виходу, масштабування та інверсія» (у DT50-2B215252 до нього додано ще «Easy teach option») і рядок «мультифункціональний вхід: laser off / зовнішній teach / деактивовано», тобто teach можна запустити зовнішнім сигналом, а не тільки руками. Що саме натискають і в якій послідовності — у паспорті не написано; у DT35-B15251 рядок індикації взагалі каже просто «LEDs» (дисплея немає, на габаритному креслінні позначені «control elements»), а в DT50-2B215252 — «3 × LED, LC display». Покрокова процедура лежить в інструкції з експлуатації, і ми її не переказуємо. Другий шлях — IO-Link: у DT35-B15251 це V1.1 на 38,4 кбіт/с, через який ідуть і параметри, і діагностика, і той самий гістерезис у діапазоні 0…11 950 мм. Практична різниця в тому, що teach треба робити на кожному приладі окремо, а параметри через IO-Link можна залити з ПЛК і відновити після заміни датчика.

Що в нас є: усі одинадцять позицій

Станом на запит до каталогу 2026-11-10. Це не заява про наявність на складі: актуальне дивіться на сторінках товарів.

Останній рядок залишаємо порожнім свідомо. Паспорт на DT50-2B215552 ми в цьому проході не відкривали, тому цифри по ньому не наводимо: краще порожня клітинка, ніж вгадане число. Напишіть нам, і ми відкриємо паспорт конкретно під ваше питання.

І те, що зазвичай беруть разом із датчиком. Це не комплектація, а окремі артикули:

І одне зауваження про гроші, бо тут легко зробити неправильний висновок в обидві сторони. На короткому кінці ряду ультразвук справді дешевший: UB2000-F42-I-V15 — найдешевша позиція з усіх одинадцяти, а найдешевший лазерний датчик, DT35-B15251, коштує приблизно на третину більше. Але це єдине місце, де працює аргумент «ультразвук, бо дешевше». Другий ультразвуковий, UB4000-F42-I-V15, уже дорожчий за обидва DT35, при тому що дає відсоток від шкали замість абсолютної похибки й час відповіді в сотні мілісекунд. А найдорожча позиція ряду, DL100-21AA2112, відрізняється від найдешевшої майже на порядок — і платять там не за дальність, а за ± 2 мм, 2 мс і PROFINET. Тобто порівнювати треба не принципи, а конкретні дві позиції під вашу задачу. Актуальні цифри дивіться на сторінках товарів.

Як ми вибираємо: чотири питання по порядку

1. Число чи факт? Якщо факт, далі не читаємо, беремо оптичний датчик і економимо гроші.
2. Яка поверхня? Темна матова означає колонку 6 % у паспорті, а не цифру з назви. Якщо на об'єкті можна наклеїти світлоповертальну плівку, відкриваються DL50 і DL100 з їхніми десятками метрів — саму плівку Sick «Diamond Grade» ми теж продаємо, це REF-DG.
3. Яка відстань мінімальна? Мертва зона 200 мм у UB4000 (цей рядок є лише в ультразвукових паспортах) або нижня межа діапазону 200 мм у Dx50 ріже задачі, де міряти треба зблизька.
4. Скільки разів на секунду? Якщо рідше ніж раз на секунду, різниці між 0,83 мс і 325 мс для вас немає, і ультразвук стає нормальним варіантом. Якщо об'єкт рухається, дивіться колонку частоти і пам'ятайте, що максимальний діапазон заявлений для повільного режиму.

Що ми питаємо перед замовленням

Матеріал і колір поверхні, мінімальна і максимальна відстань, потрібна точність у міліметрах (не у відсотках), частота вимірювання і тип входу на контролері. П'ять пунктів. Найчастіше спотикаються на третьому: «треба точно» це не вимога, а ± 5 мм на двох метрах це вже вимога, під яку видно, що підходить, а що ні.

Подивитись усі одинадцять позицій можна у розділі датчиків відстані, усі датчики Sick зібрані у фільтрі по бренду, а повний каталог у розділі датчиків. Якщо треба комутаційний датчик, а не вимірювальний, вам у оптичні датчики. Не впевнені, що з цього ваше — напишіть п'ять відповідей вище через контакти, і ми звіримо їх із паспортами.