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科普帖 | 三大常用測距傳感器優劣勢及應用

作者:電應普 發布時間:2021-9-7 16:17:27 閱讀次數:697

傳感器的存在,讓物體可以像人一樣有觸覺、嗅覺和味覺等感官,因此越來越多的企業為工廠設備安裝上互聯的傳感器,并利用復雜的數據分析加深了解和優化生產。
通常測量某物體(介質)的距離,超聲波傳感器、毫米波傳感器、激光雷達傳感器這三種常見的傳感器會成為首選:
1、超聲波傳感器

超聲波是一種可以在固體、氣體、和液體三種介質之間傳播的頻率高于20KHz的聲波,在工業應用中有兩種形式:橫向振蕩(橫波)及縱向振蕩(縱波)。其原理是超聲波傳感器發射一定頻率的超聲波,借助空氣媒質傳播,到達測量目標或障礙物后反射回來,經反射后由超聲波接收器接收脈沖。超聲波在空氣中的傳播速度為C=340m/s,根據計時器記錄的時間T秒,計算出發射點距障礙物的距離L,即:L= C×T /2 。

圖1 超聲波傳感器測距方法示意圖

超聲波傳感器常見測距應用
  -工業質量監控、直徑和尺寸檢測
  -液位檢測
  -機器人避障
  -汽車(泊車系統)避障
  -智能家居

超聲波傳感器測距優劣勢

優勢:
無任何機械傳動部件,不怕電磁干擾,不怕酸堿等強腐蝕性液體,穩定性較強。
頻率高、波長短、繞射現象小,特別是方向性好,能夠成為射線而定向傳播。
對液體、固體的穿透本領很大,尤其在陽光下不透明的固體。

劣勢:
抗干擾能力弱,任何聲學噪聲都可能干擾傳感器的正常輸出,兩個相同頻率的超聲波傳感器放在一起,會產生聲學串擾。同時會受到煙霧、灰塵、雨滴的干擾。
報錯率較高,發射角度較大,針對障礙物較多時,反射回來的聲波較多,干擾較多。
測量范圍有限,測量范圍通常在百米以內,不適合超遠距離探測。
測量精度低,超聲波測距傳感器的測量精度通常是厘米級的。
只能檢測平面介質,例如聲波被58度斜面接收到聲音之后,聲波無法正常傳回接收器
不利于測量高速移動的物體,由于超聲波利用聲音速度傳播,相較于利用光學傳感器測量,響應時間比較長。

2、毫米波傳感器

毫米波實質上就是電磁波,其內部振蕩器會產生一個頻率隨時間逐漸增加的信號,這個信號遇到障礙物之后,會反彈回來。當電磁波被發射出去后,通過精確測量電磁波來回的時間(設距離為D,時間為T,光速為C),根據D=(C*T)/2,便可得距目標障礙物之間的距離D的數值。


圖2 毫米波傳感器測距方法示意圖

毫米波傳感器常見測距應用
  -汽車輔助駕駛
  -智能交通(交通流識別和管理)
  -工業安防
  -無人機定高
  -智能家居

毫米波傳感器測距優劣勢

優勢:
探測距離遠,通常都可以在100百米外探測
抗干擾能力強,全天候工作,穿透霧、煙、灰塵的能力強
針對多目標探測有優勢

劣勢:
探測精度低,好的線性調頻不易獲得,影響距離分辨率
易受電磁干擾,產生誤報
針對細小或者微小的物體測距識別較差
在防空環境中,不可避免的會出現距離模糊和速度模糊

3、激光雷達傳感器


激光雷達是以發射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統。以北醒TF02激光雷達距離傳感器為例,發出經調制的近紅外光,遇物體后反射,傳感器通過計算調制紅外光的發射、反射后產生的相位差,來換算與被測目標物體之間的距離。


圖3 激光雷達傳感器測距方法示意圖

激光雷達傳感器常見測距應用
  -物位計(物料、液體)
  -智能交通
  -室內外無人車
  -機器人
  -工業安防
  -汽車輔助駕駛
  -無人機定高、仿地飛行
  -智能家居

激光雷達傳感器測距優劣勢

優勢:
精度高,在測距、識別障礙物方面最為準確,黑夜中也可工作。
內部無任何機械傳動部件,壽命較旋轉激光雷達高,穩定性較強。
探測距離適中。

測量方式多樣,根據不同測距需求,推出單點測量及面陣測量。
安裝便捷,具有體積小、質量輕,功耗小,價格優勢非常明顯。

劣勢:
在雨雪霧霾天,沙塵暴等惡劣天氣中開啟會影響測距量程
量程有限,針對200米以內的目標探測精準
針對黑色高亮物體識別量程有衰減

超聲波、毫米波雷達、激光雷達作為三大常用測距傳感器,各有利弊??蛻粜枰鶕煌瑘鼍斑x型適配的產品,有時甚至需要考慮多種傳感器融合,才能滿足當下的需求。


電應普作為國內專業超聲波傳感器供應商,累積多種復雜場景應用案例,歡迎國內外客戶申請測試。


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