传感器的存在,让物体可以像人一样有触觉、嗅觉和味觉等感官,因此越来越多的企业为工厂设备安装上互联的传感器,并利用复杂的数据分析加深了解和优化生产。 通常测量某物体(介质)的距离,超声波传感器、毫米波传感器、激光雷达传感器这三种常见的传感器会成为首选: 1、超声波传感器 超声波是一种可以在固体、气体、和液体三种介质之间传播的频率高于20KHz的声波,在工业应用中有两种形式:横向振荡(横波)及纵向振荡(纵波)。其原理是超声波传感器发射一定频率的超声波,借助空气媒质传播,到达测量目标或障碍物后反射回来,经反射后由超声波接收器接收脉冲。超声波在空气中的传播速度为C=340m/s,根据计时器记录的时间T秒,计算出发射点距障碍物的距离L,即:L= C×T /2 。 超声波传感器常见测距应用 -工业质量监控、直径和尺寸检测 -液位检测 -机器人避障 -汽车(泊车系统)避障 -智能家居 超声波传感器测距优劣势 优势: 无任何机械传动部件,不怕电磁干扰,不怕酸碱等强腐蚀性液体,稳定性较强。 频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好,能够成为射线而定向传播。 对液体、固体的穿透本领很大,尤其在阳光下不透明的固体。 劣势: 抗干扰能力弱,任何声学噪声都可能干扰传感器的正常输出,两个相同频率的超声波传感器放在一起,会产生声学串扰。同时会受到烟雾、灰尘、雨滴的干扰。 报错率较高,发射角度较大,针对障碍物较多时,反射回来的声波较多,干扰较多。 测量范围有限,测量范围通常在百米以内,不适合超远距离探测。 测量精度低,超声波测距传感器的测量精度通常是厘米级的。 只能检测平面介质,例如声波被58度斜面接收到声音之后,声波无法正常传回接收器 不利于测量高速移动的物体,由于超声波利用声音速度传播,相较于利用光学传感器测量,响应时间比较长。 2、毫米波传感器 毫米波实质上就是电磁波,其内部振荡器会产生一个频率随时间逐渐增加的信号,这个信号遇到障碍物之后,会反弹回来。当电磁波被发射出去后,通过精确测量电磁波来回的时间(设距离为D,时间为T,光速为C),根据D=(C*T)/2,便可得距目标障碍物之间的距离D的数值。 毫米波传感器常见测距应用 -汽车辅助驾驶 -智能交通(交通流识别和管理) -工业安防 -无人机定高 -智能家居 毫米波传感器测距优劣势 优势: 探测距离远,通常都可以在100百米外探测 抗干扰能力强,全天候工作,穿透雾、烟、灰尘的能力强 针对多目标探测有优势 劣势: 探测精度低,好的线性调频不易获得,影响距离分辨率 易受电磁干扰,产生误报 针对细小或者微小的物体测距识别较差 在防空环境中,不可避免的会出现距离模糊和速度模糊 3、激光雷达传感器 激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。以新达电子激光雷达距离传感器为例,发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算调制红外光的发射、反射后产生的相位差,来换算与被测目标物体之间的距离。