Датчики расстояния:подробное руководство

У нас есть много датчиков расстояния, таких как инфракрасные, лазерные, ультразвуковые, светодиодные датчики времени пролета (TOF) и т. д. Поэтому выбор одного из них для вашего проекта может оказаться сложной задачей.

В сегодняшней статье рассматриваются различные датчики расстояния, их применение, преимущества и недостатки. Начнем.

Что такое датчик расстояния?

Рис. 1. Установленный инфракрасный датчик

Датчик расстояния — это электронное устройство, которое измеряет расстояние между двумя объектами без физического контакта.

Поэтому он предлагает быстрое и точное измерение, позиционирование и диапазон объектов.

Как работают датчики расстояния?

Рис. 2. Работа ультразвукового датчика

Все датчики расстояния имеют одинаковый принцип работы независимо от используемой технологии.

Если вы хотите измерить расстояние между двумя точками, вот как работает ваш датчик расстояния:

• Сначала передатчик датчика расстояния посылает сигнал объекту.
• Следовательно, сигнал отражается/отскакивает обратно при попадании на объект.
• Приемник датчика получает отраженный сигнал.
• Затем вычисляется задержка с момента передачи и приема вызова.
• Наконец, он использует задержку для расчета расстояния между собой и объектом.

Измеряемая задержка может быть представлена ​​в следующих формах:

• Изменение фазы возвращаемого сигнала
• Интенсивность обратного сигнала
• Наконец, временная задержка между передачей и приемом сигнала.

Какие бывают датчики расстояния?

Ультразвуковой датчик расстояния

Рис. 3. Крупный план дрона-вертолета

Ультразвуковой датчик расстояния использует высокочастотные сонарные/звуковые волны для измерения расстояния до объекта.

Вот как это работает:

• Ультразвуковой датчик посылает высокочастотные звуковые волны к объекту/препятствию.
• В то же время запускается таймер, и, как эхо, волны отражаются обратно к приемнику датчика.
• Следовательно, таймер останавливается сразу после того, как датчик получает отраженный сигнал.
• Наконец, он вычисляет расстояние между объектами, сопоставляя время прохождения сигнала со скоростью звука.

Инфракрасные датчики расстояния

Этот сенсорный модуль использует принцип триангуляции или измерения расстояния между двумя объектами с помощью угла отражения.

Вот как это работает:

• Он излучает инфракрасный световой сигнал через светодиодный излучатель и принимает отраженный сигнал на линзу позиционно-чувствительного фотодетектора (PSD).
• Наконец, датчик PSD определяет расстояние до отражающего объекта, используя угол отражения.

Лазерные датчики расстояния (LiDAR)

Рис. 4. Автономный самоуправляемый электромобиль с лидаром и датчиками безопасности

Light Detection and Ranging (LiDAR) — это лазерный датчик расстояния, который работает следующим образом:

Во-первых, передатчик излучает лазерный луч на объект/препятствие. Объект отражает сигнал/импульс в сторону приемника LiDAR.

И, наконец, датчик вычисляет расстояние между двумя объектами, используя соотношение между скоростью света и временем.

Светодиодные времяпролетные датчики расстояния

Датчики времени пролета (TOF) измеряют расстояния, определяя время, необходимое волне для прохождения от передатчика и обратно.

Следовательно, он использует соотношение между скоростью света в воздухе и временем полета сигнала, чтобы получить расстояние.

Таким образом, он может создавать 3D-изображения X, Y и Z, используя данные из одного снимка.

Преимущества:высокая точность, возможность распознавания крупных объектов, поддержка 3D-изображения

Недостатки:дороговизна, плохое разрешение по оси Z

Применения:робототехника и дроны, машинное зрение, промышленное применение, счет

Сонарный датчик расстояния

Имеют тот же принцип работы, что и ультразвуковые датчики, но лучше работают под водой. К вашему сведению, есть два типа гидроакустических датчиков; пассивный и активный.

• Во-первых, активные датчики сонара излучают сигнал и определяют расстояние при получении отраженного сигнала.
• С другой стороны, пассивные гидролокаторы не имеют передатчика и принимают сигнал только от другого объекта.

Применения:Контурное управление, Обнаружение людей и обнаружение подводных лодок, Контроль высоты стека

Датчик расстояния ближнего действия

Рис. 5. Робот-пылесос чистит пол в квартире

Датчики расстояния ближнего действия измеряют расстояния между близкими объектами. Это датчики с высоким разрешением и могут иметь минимальный диапазон от 1 мм до 2000 мм и более.

Преимущества:низкое потребление рабочего напряжения, 、Низкая стоимость и точность

Применения:обнаружение людей и точное определение дальности, управление освещением, роботы-пылесосы

Датчик расстояния дальнего действия

Датчики дальнего действия используют принцип импульсного времени пролета для измерения расстояний до 300 метров.

Преимущества:более широкий охват, 、широкая универсальность и частота дискретизации

Недостатки:дорого

Применения:подтверждение загрузки и позиционирование пиломатериалов, мониторинг кранов, измерение уровней заполнения, скорости и высоты

Сравнение датчиков расстояния

Пригодность для обнаружения на большом расстоянии

Датчики LiDAR и TOF подходят для обнаружения на большом расстоянии, а ультразвуковые и ИК-датчики — нет.

Высокая частота чтения

Датчики LiDAR и TOF имеют высокую частоту считывания. Напротив, ультразвуковые и ИК-датчики этого не делают.

Стоимость

Ультразвуковые и ИК датчики дешевы по сравнению с LiDAR и TOF. Кроме того, LiDAR является самым дорогим из четырех датчиков расстояния.

Пригодность для использования со сложными объектами

Датчики LiDAR, IR и TOF отлично подходят для использования со сложными объектами. Однако вы можете использовать ультразвуковые датчики только для простых вещей.

Чувствителен к внешним условиям

Датчики LiDAR, IR и TOF чувствительны к внешним условиям, в отличие от ультразвуковых датчиков, которые этого не делают.

Совместимость с 3D-изображениями

Датчики LiDAR и TOF совместимы с 3D-изображениями, а ультразвуковые и ИК-датчики — нет.

Заключение

Как правило, датчики расстояния имеют массу применений в нашей повседневной жизни. Если вы планируете использовать его в своем проекте, учитывайте стоимость, размер, пригодность и долговечность.

Наконец, если у вас есть какие-либо серые области, требующие разъяснения, свяжитесь с нами. Мы свяжемся с вами в ближайшее время.