Как инженеры измеряют расстояние до объектов, используя различные датчики

Автор: Игорь Вильховский. Дата публикации: 25 февраля 2021. Категория: Новости.

Для того чтобы лучше понимать, как различная автономная техника ориентируется в окружающей среде, нужно иметь представление о том, как осуществляется измерение расстояния до объектов.

Инженеры измеряют расстояние отталкиваясь от следующих физических явлений:

• Ультразвук

• Радиоволны

• Волны инфракрасного диапазона

Выбор конкретного метода измерения зависит от поставленной задачи и внешних условий. У каждого способа есть свои сильные и слабые стороны. Далее мы кратко распишем каждый из них и приведем примеры использования.

Радиоволны

Датчики, измеряющие расстояние на основе радиоволн называют радарами. Этот тип хорошо использовать для измерения больших дистанций. Применяются для систем обнаружения воздушных, морских и наземных объектов, а также для определения их дальности, скорости и геометрических параметров.

Плюсы:

• Хорошо видит сквозь туман, в то время как оптические датчики с этим не справляются.

• Радар дает информацию не только о расстоянии, но и о скорости.

• Способен работать на больших расстояниях.

Минусы:

• Дорого стоят.

• Гораздо меньшее разрешение, чем у других дальномеров.

Ультразвук

Если необходимо измерять расстояние в воде, используют ультразвуковые датчики. Вода является непроницаемой для длин волн, используемых в радиолокации. Поэтому радиолокационное обнаружение подводных лодок возможно, только когда какая-либо их часть находится над водой.

Также ультразвуковые датчики применяются на суши в тех случаях, когда необходимо измерять маленькие расстояния. Хороший пример система парктроник устанавливаемая в автомобили для более легкой и безопасной парковки автомобилей.

Ультразвуковые датчики, которые применяются для измерения расстояния в воде называют сонарами или гидролокаторами.

Эхолот — узкоспециализированный гидролокатор, устройство для исследования рельефа дна водного бассейна.

Плюсы:

• Очень дешево.

• Датчики легко объединяются.

• Простая технология, можно экспериментировать даже дома на arduino.

Минусы:

• Дальность ограничена единицами метров.

• Низкая достоверность данных.

• Не работают с звукопоглощающими объектами. Например, очень плохо регистрируют шерстяные изделия.

Волны инфракрасного диапазона

Лидар – датчик, который посылает короткие импульсы невидимого глазом лазерного света и засекает, за какое время возвращается отраженный свет. Таким образом система узнает дальность цели достаточно точно.

Устоявшийся перевод LIDAR как лазерный радар не вполне корректен, так как в системах ближнего радиуса действия (например, предназначенных для работы в помещениях), главные свойства лазера: когерентность, высокая плотность и мгновенная мощность излучения — не востребованы; излучателями света в таких системах могут служить обычные светодиоды.

Плюсы:

• Он надежен при обнаружении разнообразных объектов достаточного размера и вычисляет их расстояние, размер и положение очень точно.

• Результатом работы лидара является 3D карта мира вокруг. Легко выделить что-то из объектов за датчиком (или перед ним).

• Лидар использует излучаемый свет, поэтому он работает независимо от внешнего освещения. День или ночь, облачно или солнечно, затянуто небо или светит солнце — лидар видит почти одинаково во всех условиях.

• Он устойчив к помехам и имеет гораздо более высокое разрешение, чем радар.

Минусы:

• Дорого.

• Диапазон ограничен. Средние лидары видят на расстоянии до 70 - 100 метров.

• Лидары могут столкнуться с проблемами при сильном дожде, снеге и тумане.

• Лидары лучше монтировать снаружи.

Существует еще много нюансов, по которым выбирают конкретный тип датчиков. Данная статья дает только общее представление об их использовании.