Abstandssensoren:Ein umfassender Leitfaden

Wir haben viele Abstandssensoren wie IR-, Laser-, Ultraschall-, LED-Flugzeitsensoren (TOF) usw. Daher kann die Auswahl eines für Ihr Projekt schwierig sein.

Der heutige Artikel befasst sich mit verschiedenen Abstandssensoren, ihren Anwendungen, Vor- und Nachteilen. Los geht's.

Was ist ein Distanzsensor?

Abb. 1:Ein montierter Infrarotsensor

Ein Abstandssensor ist ein elektronisches Gerät, das berührungslos den Abstand zwischen zwei Objekten misst.

Daher bietet es eine schnelle und genaue Messung, Positionierung und Reichweite von Objekten.

Wie funktionieren Abstandssensoren?

Abb. 2:Funktionsweise eines Ultraschallsensors

Alle Abstandssensoren haben unabhängig von der Technologie das gleiche Funktionsprinzip.

Wenn Sie die Entfernung zwischen zwei Punkten messen möchten, funktioniert Ihr Entfernungssensor folgendermaßen:

• Zunächst sendet ein Abstandssensor-Sender ein Signal in Richtung des Objekts.
• Folglich wird das Signal reflektiert/prallt zurück, wenn es auf das Objekt trifft.
• Der Empfänger des Sensors erhält das reflektierte Signal.
• Er berechnet dann die Verzögerung ab Übermittlung und Empfang des Anrufs.
• Schließlich verwendet es die Verzögerung, um die Entfernung zwischen sich und dem Objekt zu berechnen.

Die gemessene Verzögerung kann folgende Formen annehmen:

• Phasenänderung des zurückkommenden Signals
• Intensität des Rücksignals
• Schließlich die Zeitverzögerung zwischen Senden und Empfangen des Signals

Welche Arten von Abstandssensoren gibt es?

Ultraschall-Abstandssensor

Abb. 3:Nahaufnahme eines Drohnenhubschraubers

Der Ultraschall-Abstandssensor nutzt hochfrequente Sonar-/Schallwellen, um die Entfernung zu einem Objekt zu messen.

So funktioniert es:

• Der Ultraschallsensor sendet hochfrequente Schallwellen auf ein Objekt/Hindernis.
• Gleichzeitig wird ein Timer gestartet und wie ein Echo prallen die Wellen zum Empfänger des Sensors zurück.
• Folglich stoppt der Timer sofort, nachdem der Sensor das reflektierte Signal empfängt.
• Schließlich berechnet es die Entfernung zwischen den Objekten, indem es die Zeit der Signallaufzeit mit der Schallgeschwindigkeit vergleicht.

Infrarot-Abstandssensoren

Dieses Sensormodul nutzt das Prinzip der Triangulation oder misst den Abstand zwischen zwei Objekten anhand des Reflexionswinkels.

So funktioniert es:

• Es sendet ein Infrarotlichtsignal durch einen LED-Emitter aus und empfängt das reflektierte Signal an seiner Linse des positionsempfindlichen Fotodetektors (PSD).
• Schließlich bestimmt der PSD-Sensor anhand des Reflexionswinkels die Entfernung des reflektierenden Objekts.

Laser-Abstandssensoren (LiDAR)

Abb. 4:Autonomes, selbstfahrendes Elektroauto mit Verwendung von Lidar und Sicherheitssensoren

Light Detection and Ranging (LiDAR) ist ein Laser-Entfernungssensor, der wie folgt funktioniert:

Zunächst sendet der Sender Laserlicht in Richtung des Objekts/Hinderniss. Das Objekt reflektiert das Signal/den Impuls in Richtung des LiDAR-Empfängers.

Und schließlich berechnet der Sensor die Entfernung zwischen den beiden Objekten, indem er die Beziehung zwischen Lichtgeschwindigkeit und Zeit verwendet.

LED-Time-of-Flight-Abstandssensoren

Time-of-Flight (TOF)-Sensoren messen Entfernungen, indem sie die Zeit bestimmen, die eine Welle benötigt, um sich vom Sender und zurück zu bewegen.

Folglich verwendet es die Beziehung zwischen der Lichtgeschwindigkeit in der Luft und der Flugzeit des Signals, um die Entfernung zu ermitteln.

Daher kann es 3D-X-, Y- und Z-Bilder mit Daten aus einem einzigen Schnappschuss erstellen.

Vorteile:Hohe Genauigkeit、 Kann große Objekte identifizieren、Unterstützt 3D-Bildgebung

Nachteile:Teuer、Schlechte Z-Tiefenauflösung

Anwendungen:Robotik und Drohnen、Maschinelles Sehen、Industrielle Anwendungen、Zählen

Sonar-Abstandssensor

Haben das gleiche Funktionsprinzip wie die Ultraschallsensoren, sind aber unter Wasser besser. Zu Ihrer Information:Es gibt zwei Arten von Sonarsensoren; passiv und aktiv.

• Erstens senden aktive Sonarsensoren ein Signal aus und bestimmen die Entfernung, wenn sie ein reflektiertes Signal empfangen.
• Auf der anderen Seite haben passive Sonare keinen Sender und empfangen nur ein Signal von einem anderen Objekt.

Anwendungen:Schleifensteuerung, Personenerkennung und Erkennung von U-Booten, Stapelhöhensteuerung

Nahbereichs-Abstandssensor

Abb. 5:Der Roboter-Staubsauger saugt den Boden in der Wohnung

Nahbereichs-Abstandssensoren messen Abstände zwischen nahen Objekten. Sie sind hochauflösende Sensoren und können einen Mindestbereich von 1 mm bis 2.000 mm oder mehr haben.

Vorteile:Geringer Betriebsspannungsverbrauch, 、Geringe Kosten und Genauigkeit

Anwendungen:Personenerkennung und Präzisionsentfernungsmessung、Lichtsteuerung、Roboterstaubsauger

Langstrecken-Abstandssensor

Long-Range-Sensoren verwenden gepulste Laufzeitprinzipien, um Entfernungen von bis zu 300 Metern zu messen.

Vorteile:Hat eine größere Reichweite, 、Sehr vielseitig und Abtastraten

Nachteile:Teuer

Anwendungen:Ladebestätigung und Holzpositionierung, Kranüberwachung, Füllstands-, Geschwindigkeits- und Höhenmessung

Vergleich der Abstandssensoren

Eignung für Long Range Sensing

Die LiDAR- und TOF-Sensoren eignen sich für Langstreckenmessungen, die Ultraschall- und IR-Sensoren jedoch nicht.

Hohe Lesehäufigkeit

Die LiDAR- und TOF-Sensoren haben eine hohe Lesefrequenz. Im Gegensatz dazu tun dies die Ultraschall- und IR-Sensoren nicht.

Kosten

Ultraschall- und IR-Sensoren sind im Vergleich zu LiDAR und TOF billig. Außerdem ist LiDAR der teuerste der vier Abstandssensoren.

Verwendbarkeit für komplexe Objekte

Die LiDAR-, IR- und TOF-Sensoren eignen sich hervorragend für den Einsatz bei komplexen Objekten. Ultraschallsensoren können Sie jedoch nur für einfache Dinge verwenden.

Anfällig für äußere Bedingungen

Die LiDAR-, IR- und TOF-Sensoren reagieren empfindlich auf äußere Bedingungen, im Gegensatz zu den Ultraschallsensoren, die dies nicht sind.

3D-Bildgebung kompatibel

Die LiDAR- und TOF-Sensoren sind mit 3D-Bildgebung kompatibel, die Ultraschall- und IR-Sensoren jedoch nicht.

Schlussfolgerung

Im Allgemeinen haben Abstandssensoren eine Menge Anwendungen in unserem täglichen Leben. Wenn Sie beabsichtigen, einen in Ihrem Projekt zu verwenden, berücksichtigen Sie Kosten, Größe, Eignung und Haltbarkeit.

Wenn Sie eine Grauzone haben, die geklärt werden muss, wenden Sie sich bitte an uns. Wir werden uns schnellstmöglich bei Ihnen melden.