距離センサー:総合ガイド
IR、レーザー、超音波、LED 飛行時間 (TOF) センサーなど、多くの距離センサーがあります。そのため、プロジェクトに合わせて 1 つを選択するのは難しい場合があります。
今日の記事では、さまざまな距離センサー、その用途、長所と短所について説明します。始めましょう。
距離センサーとは？
図 1:取り付けられた赤外線センサー
距離センサーは、物理的な接触なしで 2 つの物体間の距離を測定する電子デバイスです。
したがって、高速で正確な測定、位置決め、オブジェクトの範囲を提供します。
距離センサーの仕組み
図 2:超音波センサーの働き
すべての距離センサーは、関連する技術に関係なく、同じ動作原理を持っています。
2 点間の距離を測定する場合、距離センサーの仕組みは次のとおりです。
- まず、距離センサー送信機が信号を対象物に送信します。
- その結果、オブジェクトに当たると信号が反射/跳ね返ります。
- センサーの受信機が反射信号を受信します。
- 次に、通話の送受信からの遅延を計算します。
- 最後に、遅延を使用して自身とオブジェクト間の距離を計算します。
測定された遅延は、次の形式で表されます:
- 戻り信号の位相の変化
- 戻り信号の強度
- 最後に、信号の送信と受信の間の遅延時間
距離センサーの種類は?
超音波距離センサー
図 3:ドローン ヘリコプターのクローズアップ
超音波距離センサーは、高周波ソナー/音波に依存して、物体までの距離を測定します。
仕組みは次のとおりです:
- 超音波センサーは、物体/障害物に向かって高周波の音波を送ります。
- 同時にタイマーが開始され、エコーのように波がセンサーの受信機に跳ね返ります。
- したがって、センサーが反射信号を受信するとすぐにタイマーが停止します。
- 最後に、信号の移動時間を音速と比較することで、オブジェクト間の距離を計算します。
赤外線距離センサー
このセンサー モジュールは、三角測量の原理を使用するか、反射角を使用して 2 つのオブジェクト間の距離を測定します。
仕組みは次のとおりです:
- LED エミッターから赤外線信号を放射し、位置検出型光検出器 (PSD) レンズで反射信号を受信します。
- 最後に、PSD センサーは、反射角度を使用して反射物体の距離を決定します。
レーザー距離センサー (LiDAR)
図 4:Lidar と安全センサーの使用を示す自動運転電気自動車
Light Detection and Ranging (LiDAR) は、次のように機能するレーザー距離センサーです。
まず、送信機が物体/障害物に向かってレーザー光を放射します。オブジェクトは信号/パルスを LiDAR の受信機に向けて反射します。
最後に、センサーは、光速と時間の関係を使用して、2 つのオブジェクト間の距離を計算します。
LED 飛行時間型距離センサー
飛行時間型 (TOF) センサーは、波が送信機から戻ってくるまでの時間を測定することで距離を測定します。
したがって、空気中の光速度と信号の飛行時間との関係を使用して距離を取得します。
したがって、単一のスナップショットからのデータを使用して、3D X、Y、および Z 画像を生成できます。
利点:高精度、大型オブジェクトの識別、3D イメージングのサポート
短所:高価、Z 深度の解像度が低い
アプリケーション:ロボティクスとドローン、マシン ビジョン、産業用アプリケーション、カウンティング
ソナー距離センサー
超音波センサーと同じ動作原理を持っていますが、水中でより優れています。参考までに、ソナー センサーには 2 種類あります。パッシブとアクティブ。
- まず、アクティブ ソナー センサーが信号を発信し、反射信号を受信して距離を測定します。
- 一方、パッシブ ソナーには送信機がなく、別の物体からの信号しか受信しません。
用途:ループ制御、人検出と潜水艦検出、スタック高制御
短距離距離センサー
図 5:アパートの床を掃除するロボット掃除機
短距離距離センサーは、近くにある物体間の距離を測定します。これらは高解像度センサーで、最小範囲は 1 mm から 2,000 mm 以上です。
利点:低動作電圧消費、低コスト、高精度
用途:人の検出と正確な距離測定、照明の制御、ロボット掃除機
長距離距離センサー
長距離センサーは、パルス飛行時間の原理を使用して、最大 300 メートルの距離を測定します。
利点:リーチが長く、汎用性が高く、サンプリング レートが高い
短所:高価
用途:積荷の確認と木材の位置決め、クレーンの監視、充填レベル、速度、高度の測定
距離センサーの比較
長距離センシングへの適合性
LiDAR および TOF センサーは長距離センシングに適していますが、超音波および IR センサーには適していません。
読書頻度が高い
LiDAR および TOF センサーは読み取り頻度が高いです。対照的に、超音波センサーと IR センサーはそうではありません。
コスト
超音波および IR センサーは、LiDAR や TOF に比べて安価です。さらに、LiDAR は 4 つの距離センサーの中で最も高価です。
複雑なオブジェクトに使用する適合性
LiDAR、IR、および TOF センサーは、複雑なオブジェクトに使用するのに優れた適合性を備えています。ただし、超音波センサーは単純なものにしか使用できません。
外部条件に敏感
LiDAR、IR、および TOF センサーは、そうでない超音波センサーとは異なり、外部条件に敏感です。
3D イメージング対応
LiDAR と TOF センサーは 3D イメージングと互換性がありますが、超音波と IR センサーは互換性がありません。
結論
一般に、距離センサーは私たちの日常生活に数多くの用途があります。プロジェクトで使用する場合は、コスト、サイズ、適合性、耐久性を考慮してください。
最後に、明確化が必要な灰色の領域がある場合は、お問い合わせください。できるだけ早くご連絡いたします。
産業技術