Лазерный датчик расстояния, ультразвук или оптика

Датчик расстояния: лазер, ультразвук или оптика

Коротко. Сначала отвечают на один вопрос: вам нужно число или ответ «да / нет». Если нужно число (сколько миллиметров до объекта), это лазерный или ультразвуковой датчик с аналоговым выходом. Если нужен только факт наличия объекта, берите обычный оптический датчик, он дешевле в несколько раз и немного быстрее. Дальше выбор режется двумя параметрами: какая поверхность у вашего объекта и как быстро надо мерить. У Dx35, Dx50 и DL50 паспорт печатает одно число погрешности на весь диапазон, ± 7…10 мм, но условие рядом с этим числом у каждого паспорта своё: у DT35 и DT50-2B215252 это коэффициент отражения 6…90 %, у DT50-P1113, DT50-P1123 и DS50-P1112 — только 90 %, а у DL50-P1123, который мерит по рефлектору, рядом с ± 7 мм сноски нет вообще; у DL100 это ± 2 мм, но со сноской про ± 4 мм на участке 150…180 мм. Зато диапазон лазера падает в 2,5-4 раза на чёрном. У ультразвука колонки «коэффициент отражения» нет вообще, а его время отклика 150-325 мс против 0,83 мс у самого быстрого лазера — сравнивать эти два числа можно только по порядку, потому что паспорта определяют их по-разному, и ниже мы показываем, как именно.

Все цифры ниже взяты из паспортов производителей, которые мы открывали в этом проходе: восемь из девяти лазерных датчиков Sick (паспорт DT50-2B215552 открыть не удалось), два ультразвуковых Pepperl+Fuchs и два оптических Sick для сравнения. Там, где число наше (деление, проценты), так и написано. В разделе датчиков расстояния сейчас 11 позиций, и ниже мы показываем, чем они реально отличаются, а не переписываем прайс.

Первый разделитель: число или факт

Это самая дорогая ошибка в подборе, и она случается в обе стороны. Один клиент платит за лазерный датчик с 16-битным аналоговым выходом, чтобы ловить прохождение ящика по конвейеру. Другой пытается построить контроль толщины на диффузном оптическом датчике с потенциометром.

Разница в скорости при этом не в пользу измерительных приборов, и это удивляет. Оптические GRL18S и GRTB18S имеют время отклика меньше 500 мкс при частоте переключения 1 000 Гц. Самый быстрый наш лазерный датчик, DT50-2B215252, в самом быстром режиме даёт 0,83 мс. То есть простой оптический датчик реагирует минимум в 1,7 раза быстрее (это наше деление, и «меньше 500 мкс» — верхняя граница, точного числа паспорт не даёт), просто он не сообщает, на каком расстоянии объект.

Типы оптических схем (диффузный, рефлексный, барьерный) мы здесь не пересказываем, они разобраны в обзоре оптических датчиков. Общий подбор по задаче лежит в подборе датчиков для автоматизации, а если ваша задача это уровень в резервуаре, идите в датчики уровня: там свои правила, и эта статья их не покрывает.

Главная цифра, которой нет в прайсе: коэффициент отражения

Когда в описании лазерного датчика написано «12 метров», это 12 метров до объекта с 90-процентным отражением, то есть до чего-то белого. Паспорта Sick печатают три диапазона, а не один, и разница между ними решает, купите вы нужный датчик или поменяете его через месяц.

Отношение в последней колонке мы посчитали сами, делением паспортных чисел. Практический вывод простой: если вы мерите до чёрной резины, тёмного угля или матовой чёрной краски, берите паспортную колонку 6 % и забудьте про цифру из названия товара. Для DT50-P1123 это значит 2,5 метра вместо десяти. И ещё: у DT35-B15251, DT35-B15551 и DT50-2B215252 паспортные максимальные диапазоны из этой таблицы заявлены для режима скорости Slow (сноска 1), то есть не одновременно с самым коротким временем отклика.

А теперь интересное. В паспортах обоих ультразвуковых датчиков Pepperl+Fuchs колонки «коэффициент отражения» нет вообще. Вместо неё там стоит «standard target plate 100 × 100 mm», то есть диапазон нормирован по пластине заданного размера. Это наблюдение о том, как два разных производителя строят свои паспорта, а не наша оценка физики: ультразвуковой паспорт просто не описывает диапазон через отражающую способность поверхности, он описывает его через размер мишени. Если у вас объект тёмный, но крупный и твёрдый, ультразвук эту задачу видит иначе, чем лазер.

Точность: ± 10 мм абсолютных против ± 1 % диапазона

Здесь два производителя мерят разными линейками, и сравнивать цифры «в лоб» нельзя.

Sick печатает абсолютную погрешность: типично ± 10 мм у DT35-B15251 и DT35-B15551, ± 7 мм у DT50-2B215252, ± 10 мм у DT50-P1113, DT50-P1123 и DS50-P1112, ± 7 мм у DL50-P1123 и ± 2 мм у DL100-21AA2112. «Абсолютная» здесь значит только одно: паспорт даёт одно число на весь диапазон, а не отдельное на каждое расстояние. А вот условие, при котором это число действительно, у каждого паспорта своё, и именно его пропускают при сравнении моделей между собой.

Разница между «6…90 %» и «только 90 %» практическая, а не формальная. Паспорт DT35 даёт свои ± 10 мм и на чёрном в пределах соответствующего диапазона, а паспорт DT50-P1113 обещает ± 10 мм только на белом: что будет на 6 % отражения, он не нормирует, и домысливать это за него мы не будем.

Pepperl+Fuchs печатает относительную: отклонение характеристической кривой ± 1 % от полной шкалы, повторяемость ± 0,1 % от полной шкалы и влияние температуры ещё ± 1 % от полной шкалы. Посчитаем, что это даёт в миллиметрах (наша арифметика): у UB2000-F42-I-V15 при стандартной верхней границе 2 000 мм это ± 20 мм, у UB4000-F42-I-V15 при 4 000 мм это ± 40 мм.

Не путайте разрешение с точностью. Разрешение 0,7 мм у ультразвукового датчика означает наименьший шаг, который он способен показать, а не то, насколько это число близко к правде. Правда там в строке «отклонение характеристической кривой»: у UB2000 она в 28,6 раза грубее разрешения (± 20 мм против 0,7 мм), у UB4000 — в 57,1 раза (± 40 мм против 0,7 мм). Оба отношения — наше деление.

Отдельно о повторяемости, потому что её легко прочитать не так. Паспорт понимает под ней статистический разброс при неизменных условиях: у DT35 строка ≥ 0,5 мм подписана «эквивалентно 1 σ» и действует для коэффициента отражения 6…90 %, у DT50-P1113 и DT50-P1123 это ≥ 2,5 мм, у DL50-P1123 ≥ 2 мм, у DL100 0,5 мм с примечанием «статистическая ошибка 1 σ, условия среды неизменны, прогрев не менее 10 минут». У DT35-B15251 к этой строке стоят целых три сноски: 1 σ, коэффициент отражения 6…90 % и отсылка к кривым повторяемости в конце паспорта. Кривых там пять, по одной на режим скорости от Super Slow до Super Fast, и на каждой три линии — 6 %, 18 % и 90 % отражения — которые расходятся с расстоянием. То есть ≥ 0,5 мм это лучший угол этих графиков, а не постоянная величина. То есть эта строка не отвечает на вопрос «покажет ли прибор то же, что вчера». На «то же, что вчера» работают другие строки: у ультразвуковых это влияние температуры ± 1 % полной шкалы (ещё около ± 20 мм на двухметровой границе), у лазерных — время прогрева (до 15 минут у Dx50, типично 7 минут у DL100 при температуре ниже −10 °C). Если вам нужна стабильность между сменами, мерьте после прогрева и в стабильной температуре.

Скорость: 0,83 мс против 325 мс

Это самое большое расхождение между лазером и ультразвуком во всей статье, но читать его надо внимательно: два производителя определяют строку «время отклика» по-разному.

Разница между UB4000 и DT50-2B215252 выходит примерно в 390 раз (наше деление 325 на 0,83, условия в этих двух строках разные — см. ниже). Обратите внимание на закономерность в самой ультразвуковой паре: у двухметрового UB2000 частота преобразователя около 175 кГц и отклик 150 мс, у четырёхметрового UB4000 частота 85 кГц и отклик 325 мс. То есть в пределах одной семьи более длинный диапазон идёт вместе с более низкой частотой преобразователя и более долгим откликом — это корреляция из двух паспортов, а не наш физический вывод: причины документы не печатают, и мы их не домысливаем.

Теперь об условиях, без которых эта таблица читается неправильно, и они разные в разных паспортах — одного общего правила здесь нет.

• DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252. Обе строки, и время отклика, и частота переключения, несут те же две сноски: 5) значение зависит от выбранного режима скорости (Super Fast … Super Slow) и 6) оно нормировано для бокового входа объекта в зону измерения. То есть 0,83 мс у DT50-2B215252 и 2,5 мс у DT35-B15251 — это не «время отклика вообще», а значение самого быстрого режима при боковом входе.
• DT50-P1113, DT50-P1123. Строки «частота переключения» в этих паспортах нет вообще. Время отклика 20 / 30 мс обусловлено двумя другими сносками: 3) оно зависит от настройки усреднения fast/slow и 5) боковой вход объекта в зону измерения. Режимов Super Fast … Super Slow здесь не печатают.
• DS50-P1112. Здесь есть обе строки, 10 / 50 мс и 50 / 10 Гц, и обе несут одну сноску — зависимость от настройки усреднения fast/slow.
• DL50-P1123. Строки «частота переключения» нет, а время отклика 15 / 30 мс несёт две сноски: 3) настройка усреднения fast/slow и 4) боковой вход объекта в зону измерения.
• DL100. Время отклика 2 мс стоит без сносок, зато паспорт отдельно нормирует максимальную скорость движения объекта — 15 м/с.

Кроме времени отклика Sick печатает отдельной строкой время на выходе (output time): у DT50-2B215252 это 0,33 / 1,33 / 3,33 / 10 / 30 мс, у DT35-B15251 — 1 / 2 / 4 / 8 / 32 мс. Паспорт печатает его отдельной строкой и не говорит, как оно соотносится со временем отклика, поэтому мы его ни прибавляем ко времени отклика, ни отбрасываем: если такт вашей машины близок к этим числам, это вопрос к технической поддержке производителя, а не к нашей арифметике.

У паспорта Pepperl+Fuchs нет ничего из этого: там стоит «response delay прибл. 325 мс» без единого условия. Поэтому наше отношение в 390 раз делит две по-разному определённые строки. Порядок величины в нём честный — между лазером и ультразвуком это действительно сотни раз. Вторая значащая цифра в нём — нет, и строить на ней расчёт такта конвейера не стоит.

У лазерных датчиков время отклика не фиксировано, его выбирают настройкой скорости, и за скорость платят точностью. У DT35 пять режимов от Super Fast до Super Slow, причём паспортные 12 000 мм заявлены именно для режима Slow (сноска 1 в паспорте). Поэтому «12 метров и 333 Гц» одновременно получить не выйдет. То же касается DT35-B15551 и DT50-2B215252: в этих трёх паспортах максимальный диапазон взят для медленного режима, а минимальное время отклика — для самого быстрого, и вместе эти два числа не существуют.

Лазерный класс 1 против класса 2: за что платят

Если на вашем объекте требуют лазер класса 1 (а это часто требование службы охраны труда для зон, где ходят люди), приготовьтесь отдать за это либо скорость, либо диапазон. У нас есть две пары датчиков, где отличается ровно этот параметр, и это хорошо видно.

Здесь важно разделить то, что паспорта печатают, и то, чего они не печатают. У DT35-B15551 максимальная мощность та же, 250 мВт, коэффициент заполнения 1/500 против 1/250, а частота переключения 166 против 333 Гц. Это три отдельные строки, и причинной связи между ними паспорт не заявляет — мы её тоже не заявляем. У DT50-P1123 максимальная мощность снижена с 180 до 120 мВт, а время отклика не изменилось вообще (20 / 30 мс, как у P1113): разница между этой парой вылезла в диапазоне на тёмных поверхностях. Нормативная ссылка лазерного класса — IEC 60825-1:2014 и EN 60825-1:2014 — стоит во всех восьми открытых паспортах, и в обоих DT35 в частности.

Одна вещь, которую стоит знать до того, как платить за класс 1: сноска «не смотреть в луч намеренно и не направлять его в глаза людям» стоит в паспортах и класса 1, и класса 2, текст в них одинаковый. Чем именно граница класса 1 отличается от класса 2, определяет IEC 60825-1; наши паспорта называют только номер класса и ссылку на этот стандарт, поэтому саму классификацию мы здесь не пересказываем.

Рефлектор против естественной поверхности: как берут 50 и 100 метров

Два наших датчика мерят на десятки метров, и оба делают это не по объекту, а по светоотражающей плёнке. В их паспортах в строке «мишень» стоит не «Natural objects», а Reflector.

• DL100-21AA2112: 0,15…100 м по плёнке diamond grade, точность ± 2 мм, повторяемость 0,5 мм, время отклика 2 мс, разрешение задаётся (0,1 / 0,125 / 1 / 10 / 100 мм). Питание 18…30 В, потребление меньше 250 мА при 24 В. Две строки из этого паспорта, которые решают, подойдёт прибор вообще: Scope — Indoor, то есть производитель нормирует его для помещения, и максимальная скорость движения 15 м/с (ускорение до 15 м/с²). Если датчик должен стоять на открытой площадке, это согласовывают с производителем, а не решают за него. Это прибор позиционирования, а не обнаружения: типично его ставят мериться до плёнки на движущейся каретке.
• DL50-P1123: 200…50 000 мм по плёнке Diamond Grade, точность ± 7 мм, повторяемость ≥ 2 мм, время отклика 15 или 30 мс, лазерный класс 1, IP65. Время инициализации ≤ 250 мс, прогрев до 15 минут.

Плёнка при этом — отдельная позиция, а не комплектация датчика. Та же «Diamond Grade», на которую нормированы оба паспорта, у нас есть под артикулом REF-DG. Заказывать датчик без неё смысла немного: по естественной поверхности эти две модели своих десятков метров не дадут.

Пятно у DL100 растёт с расстоянием по паспортной формуле 5 мм + (2 мм × расстояние в метрах). На 50 метрах это 105 мм (наша подстановка в паспортную формулу). То есть плёнка на том расстоянии должна быть шире 10 сантиметров, иначе часть луча уйдёт мимо. Об этом обычно вспоминают уже на монтаже.

Мёртвая зона: почему ультразвук не мерит вплотную

У ультразвукового датчика есть зона у мембраны, где он не работает, и она большая. У UB2000 это 0…60 мм, у UB4000 уже 0…200 мм. Паспорта дают это отдельной строкой «dead band» и причины не объясняют — поэтому мы её не угадываем. Видно только, что зона растёт вместе с диапазоном. Практический вывод один и он жёсткий: ближе чем 200 мм от торца UB4000 не мерится ничего.

В паспортах P+F есть ещё одна строка, которую легко пропустить: adjustment range. У UB2000 диапазон чувствительности 60…2000 мм, а настроить границу срабатывания можно в диапазоне 90…2000 мм. То есть нижняя граница настройки выше нижней границы чувствительности. У UB4000 то же: чувствительность от 200 мм, настройка от 240 мм.

Обратите внимание: строка «dead band» есть именно в ультразвуковых паспортах. В лазерных такой строки нет, там нижняя граница просто вписана в диапазон измерения: 50 мм у DT35, 200 мм у тех Dx50, чьи паспорта мы открывали, 150 мм у DL100 — то есть минимум тоже не нулевой, но это другая строка паспорта, не мёртвая зона. Если вам надо мерить с 20 мм, ни один из десяти приборов, чьи паспорта мы открывали, не подходит, и это тот случай, когда лучше сказать сразу.

Выходы и интеграция: где прячутся проблемы

Аналоговый выход имеет ограничение по нагрузке, и его надо сверить со входом вашего контроллера до заказа, а не после.

• 4…20 мА, допустимое сопротивление нагрузки: ≤ 450 Ω у DT35-B15251 и DT50-2B215252, ≤ 300 Ω у DT50-P1113 и DT50-P1123, 0…300 Ω у обоих ультразвуковых. Если у вас длинный кабель плюс шунт на входе ПЛК, 300 Ω заканчиваются быстрее, чем кажется.
• Выход по напряжению есть не везде. 0…10 В при сопротивлении нагрузки ≥ 50 000 Ω печатают паспорта DT35-B15251 и DT50-2B215252; у DT50-P1113 и DT50-P1123 есть только токовый 4…20 мА при ≤ 300 Ω. И отдельное предупреждение из паспорта DT35-B15251: при использовании аналогового выхода по напряжению питание должно быть выше 13 В, а при IO-Link выше 18 В, хотя сам диапазон питания начинается с 12 В.
• Разрешение аналогового выхода: 12 бит у DT35-B15251 и 16 бит у DT50-P1113, DT50-P1123, DT50-2B215252. Здесь более дешёвый DT35-B15251 проигрывает более дорогому семейству DT50, и это не ошибка каталога: оба числа стоят в соответствующих паспортах. Почему так, документы не объясняют, поэтому причины мы не домысливаем.
• IO-Link V1.1 у DT35-B15251 на 38,4 кбит/с с process data, параметризацией и диагностикой. Через него же настраивается гистерезис в диапазоне 0…11 950 мм. Если вы планируете перенастраивать датчик из ПЛК, а не кнопками, смотрите именно эту строку.
• Цифровые выходы — главная ловушка всего раздела. Push-pull PNP/NPN печатают только четыре паспорта: DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252 и DL100. У DT50-P1113, DT50-P1123, DS50-P1112 и DL50-P1123 в строке типа стоит просто «PNP». Посчитаем иначе, потому что так понятнее: push-pull с NPN дают только четыре позиции из одиннадцати — DT35-B15251, DT35-B15551, DT50-2B215252 и DL100. Остальные Dx50 и DL50 — только PNP, а оба ультразвуковых вообще не имеют цифрового выхода: у них один аналоговый 4…20 мА и всё. То есть если ваш вход принимает только NPN, выбор в этом разделе сужается до четырёх позиций, а не расширяется. Паспорт DT50-2B215552 мы не открывали, поэтому в этот подсчёт он не входит. У DT35-B15251 выходов один-два, до 100 мА, падение напряжения меньше 3 В, а выход Q2 переключается между токовым, напряжённым и цифровым режимом.

О логике PNP и NPN и подключении к входам контроллера мы писали отдельно: как подключить датчик к ПЛК, NPN против PNP — и если ваш вход NPN-only, сначала гляньте там, потому что выбор сужается до тех же четырёх позиций. По корпусу и условиям: DT35, Dx50 и DL100 — все IP65 и класс защиты III, ультразвуковые UB2000 и UB4000 — IP54, и это стоит учесть, если прибор стоит там, где мойка шлангом. Рабочий диапазон ультразвуковых −25…70 °C, корпус ABS.

По разъёмам всё однотипно, но проверить стоит до заказа: все измерительные датчики этого ряда — штекер M12 на 5 контактов (у DL100 M12, совместимый со SPEEDCON, плюс отдельные порты PROFINET), ультразвуковые UB2000 и UB4000 — тоже M12 на 5 контактов, а оптические GRL18S и GRTB18S — M12 на 3 контакта. Кабель с соответствующим разъёмом в комплект датчика не входит: у нас есть, например, YF2A15-100VB5XLEAX — M12 на 10 метров.

И о пуске, потому что это второй по частоте вопрос после выхода. Здесь мы скажем только то, что есть в паспортах, потому что инструкций по эксплуатации на эти модели в этом проходе не открывали. Паспорта печатают две вещи: строку «teach-in аналогового и цифрового выхода, масштабирование и инверсия» (в DT50-2B215252 к ней добавлена ещё «Easy teach option») и строку «мультифункциональный вход: laser off / внешний teach / деактивирован», то есть teach можно запустить внешним сигналом, а не только руками. Что именно нажимают и в какой последовательности — в паспорте не написано; в DT35-B15251 строка индикации вообще говорит просто «LEDs» (дисплея нет, на габаритном чертеже обозначены «control elements»), а в DT50-2B215252 — «3 × LED, LC display». Пошаговая процедура лежит в инструкции по эксплуатации, и мы её не пересказываем. Второй путь — IO-Link: у DT35-B15251 это V1.1 на 38,4 кбит/с, через который идут и параметры, и диагностика, и тот же гистерезис в диапазоне 0…11 950 мм. Практическая разница в том, что teach надо делать на каждом приборе отдельно, а параметры через IO-Link можно залить из ПЛК и восстановить после замены датчика.

Что у нас есть: все одиннадцать позиций

На момент запроса к каталогу 2026-11-10. Это не заявление о наличии на складе: актуальное смотрите на страницах товаров.

Последнюю строку оставляем пустой сознательно. Паспорт на DT50-2B215552 мы в этом проходе не открывали, поэтому цифры по нему не приводим: лучше пустая клетка, чем угаданное число. Напишите нам, и мы откроем паспорт конкретно под ваш вопрос.

И то, что обычно берут вместе с датчиком. Это не комплектация, а отдельные артикулы:

И одно замечание о деньгах, потому что здесь легко сделать неправильный вывод в обе стороны. На коротком конце ряда ультразвук действительно дешевле: UB2000-F42-I-V15 — самая дешёвая позиция из всех одиннадцати, а самый дешёвый лазерный датчик, DT35-B15251, стоит примерно на треть больше. Но это единственное место, где работает аргумент «ультразвук, потому что дешевле». Второй ультразвуковой, UB4000-F42-I-V15, уже дороже обоих DT35, при том что даёт процент от шкалы вместо абсолютной погрешности и время отклика в сотни миллисекунд. А самая дорогая позиция ряда, DL100-21AA2112, отличается от самой дешёвой почти на порядок — и платят там не за дальность, а за ± 2 мм, 2 мс и PROFINET. То есть сравнивать надо не принципы, а конкретные две позиции под вашу задачу. Актуальные цифры смотрите на страницах товаров.

Как мы выбираем: четыре вопроса по порядку

1. Число или факт? Если факт, дальше не читаем, берём оптический датчик и экономим деньги.
2. Какая поверхность? Тёмная матовая означает колонку 6 % в паспорте, а не цифру из названия. Если на объект можно наклеить светоотражающую плёнку, открываются DL50 и DL100 с их десятками метров — саму плёнку Sick «Diamond Grade» мы тоже продаём, это REF-DG.
3. Какое расстояние минимальное? Мёртвая зона 200 мм у UB4000 (эта строка есть только в ультразвуковых паспортах) или нижняя граница диапазона 200 мм у Dx50 режет задачи, где мерить надо вблизи.
4. Сколько раз в секунду? Если реже чем раз в секунду, разницы между 0,83 мс и 325 мс для вас нет, и ультразвук становится нормальным вариантом. Если объект движется, смотрите колонку частоты и помните, что максимальный диапазон заявлен для медленного режима.

Что мы спрашиваем перед заказом

Материал и цвет поверхности, минимальное и максимальное расстояние, нужная точность в миллиметрах (не в процентах), частота измерения и тип входа на контроллере. Пять пунктов. Чаще всего спотыкаются на третьем: «надо точно» это не требование, а ± 5 мм на двух метрах это уже требование, под которое видно, что подходит, а что нет.

Посмотреть все одиннадцать позиций можно в разделе датчиков расстояния, все датчики Sick собраны в фильтре по бренду, а полный каталог в разделе датчиков. Если нужен коммутационный датчик, а не измерительный, вам в оптические датчики. Не уверены, что из этого ваше — напишите пять ответов выше через контакты, и мы сверим их с паспортами.