Оценка технико-экономической целесообразности создания цифрового ИК измерителя расстояния (стр. 2 из 3)

Наиболее важное качество таких датчиков расстояния состоит в сочетании высокой точности измерения и больших измеряемых расстояниях. Большинство производителей предлагают датчики с разрешением от 1 мкм до 1мм. Однако высокая точность возможна только на относительно коротких расстояниях. Так что, например, точность в 1 мкм на расстояниях в 1 метр получить вряд ли удастся.

Для снижения влияния шумов все лазерные датчики расстояний позволяют проводить интегральные или усредненные измерения. При этом производится множество измерений расстояния до объекта и результат потом усредняется, тем самым повышается точность измерений. Однако большая точность требует большого количества измерений, увеличивая при этом общее время измерения. Так, например, чтобы обеспечить точность в 1 мкм типичное время измерения составляет порядка 0,1 сек.

Определение технических и эксплуатационных характеристик проектируемого изделия на основе анализа имеющихся аналогов

Проектируемый цифровой ИК датчик расстояния относится к типу оптических.

Наиболее близкими аналогами являются ИК датчик расстояния H0359LRкомпании HONEYWELL и ИК датчик расстояния M173IRKкомпании MURATA.

Данные изделия обладают следующими техническими и эксплуатационными характеристиками:

H0359LR (компании HONEYWELL)

Диапазон измеряемых расстояний	10 – 2000 мм
Точность измерения	0,1 мм
Разрешение измерения	0,05 мм
Линейность измерения	0,1 %
Время измерения	2 мс
Тип выходной величины	напряжение 0 ... 12 В
Диапазон рабочих температур	-50 ... +90 ºС
Влагозащита	герметичный водонепроницаемый корпус
Ударопрочность	прочный металлический корпус из лекгосплавных материалов
Дополнительно	в основном предназначен для применения в промышленности в жестких условиях, но может использоваться и в других областях
Примерная стоимость в России	8000 руб.

M173IRK(компании MURATA)

Диапазон измеряемых расстояний	1 – 1500 мм
Точность измерения	0,1 мм
Разрешение измерения	0,01 мм
Линейность измерения	0,01 %
Время измерения	1,5 мс
Тип выходной величины	напряжение 0 ... 10 В
Диапазон рабочих температур	-35 ... +70 ºС
Влагозащита	герметичный водонепроницаемый корпус
Ударопрочность	Корпус изготовлен из высокопрочного тугоплавкого пластика
Дополнительно	предназначен для широкого потребления
Примерная стоимость в России	5000 руб.

Проектируемое изделие будет обладать следующими техническими и эксплуатационными характеристиками:

Диапазон измеряемых расстояний	5 – 1000 мм
Точность измерения	1 мм
Разрешение измерения	0,5 мм
Линейность измерения	0,0001 %
Время измерения	0,1 мс
Тип выходной величины	цифровой 10-разрядный код
Диапазон рабочих температур	-20 ... +50 ºС
Влагозащита	герметичный водонепроницаемый корпус
Ударопрочность	корпус изготовлен из высокопрочного пластика
Дополнительно	имеет интерфейс RS-232 для передачи показаний в компьютер, делается в форме пистолета, измерение происходит при нажатии на курок, пистолет может быть закреплён на штативе

Несмотря на небольшую точность измерения и небольшую стойкость к жестким условиям, данное устройство имеет ряд преимуществ. К ним относятся:

· Высокая линейность измерения за счет точного математического описания зависимости выхода от входа

· Небольшое время измерения за счет использования простого метода и быстрого процессора

· Цифровой выход, который позволяет легко сопрягать данный датчик с цифровой техникой

· Встроенный интерфейс RS-232 для сопряжения с компьютером, позволяющий в совокупности с программой-драйвером использовать данный датчик как периферийное компьютерное устройство

· Удобство обращения и портативность позволяют применять его в широком спектре отраслей хозяйства

Область применения

Разрабатываемое изделие может применяться во многих областях деятельности. В том числе это:

· Промышленность с точным автоматическим оборудованием и умеренными условиями эксплуатации

· Различного рода сборка с подгонкой деталей под определенные габариты корпуса

· Бытовые работы, требующие оценки расстояния (стройки, работы по отделыванию помещений)

· Охранные системы

Функциональные связи в составе организационно-технической макросистемы

В зависимости от конкретной области применения можно рассмотреть три возможные схемы таких связей:

1. При применении в промышленности и охранных системах:

На вход датчика поступает измеряемая (входная) величина, он выполняет первичное преобразование, передавая свой выходной цифровой код на вход вторичного преобразователя (адаптера), который преобразует эти данные во внутреннее представление системы сборки и обработки информации. Затем эта система в соответствии с полученной информацией посылает некоторые сигналы блоку, который формирует реакцию в ответ на изменение измеряемой величины, в результате чего приходит в действие исполнительный механизм (механика).

2. При применении в быту и в сборке с необходимостью обработки получаемых показаний

Из датчика показания передаются в компьютер по интерфейсу RS-232, где подвергаются обработке. Обработка может понадобиться, например, когда происходит сложная планировка интерьера.

3. При применении в быту и в сборке без необходимости обработки получаемых показаний

В этом случае датчик может использоваться самостоятельно, показания будут отображаться на встроенном дисплее.

Структурная схема и алгоритм работы проектируемого изделия

Преобразователь представляет собой пару элементов: источник ИК луча и приемник ИК луча. Источник в начале измерения испускает ИК луч, затем ИК луч отражается от объекта и возвращается в датчик, регистрируясь в ИК приемнике. На выходе приемника образуется напряжение, пропорциональное интенсивности принятого ИК луча, в диапазоне 0 … +10 В. Далее напряжение преобразуется с помощью АЦП в цифровой код, который передается в микропроцессор, проводящий линеаризацию измерения и преобразование входного кода в выходной, а также управляющий встроенным дисплеем и интерфейсом RS-232. Далее сформированный процессором код выводится в выходной 10-и разрядный буфер и появляется на выходе устройства, а также выводится в интерфейс RS-232, передаваясь в компьютер.

Измеритель (датчик) может использоваться двумя различными способами.

В первом способе измеритель держится в руке и запускается нажатием на курок. При этом из-за дрожания руки методическая погрешность будет довольно большой.

Во втором способе измеритель крепится на штативе, снабженном электроприводом, который позволяет измерителю вращаться по трем осям. Электропривод, а также сам измеритель в этом случае управляются пультом ДУ, что сделано для минимизации методической погрешности.

На измерителе имеется генератор лазерного луча для определения точки, до которой меряется расстояние.

Измеритель может работать в трех различных режимах измерения.

В первом режиме производится однократное измерение расстояния до определенной точки.

Во втором режиме измеряется расстояние до n-ого количества точек, а затем происходит вычисление расстояния между нужными точками (например между базовой и остальными).

Третий режим предназначен для определения расстояния между параллельными плоскостями, а также для определения пересечения непараллельных плоскостей. Этот режим позволяет получить трехмерную модель окружающего пространства (его геометрию). При этом происходит последовательное измерение расстояния до трех различных точек каждой плоскости (т.к. плоскость задается тремя точками).

Анализ предполагаемой структуры жизненного цикла изделия

В жизненном цикле изделия будут присутствовать следующие этапы:

1) Внешнее пректирование

2) Внутреннее проектирование

3) Изготовление

4) Эксплуатация

5) Модернизация

6) Утилизация

Внешнее проектирвание

На данном этапе задуманное изделие охарактеризовывается и обрисовывается в целом. Выявляются датчики-аналоги и наиболее близкие по характеристикам аналоги (прототипы), которые уже были рассмотрены выше. Происходит определение характеристик разрабатываемого датчика (см. выше). Определяется место датчика в составе сложной системы (см. выше). Определяется его общая структура и алгоритм работы (см. Выше).