Sensores de Distância Explicados: Tipos, Usos e Como Escolher o Certo

Temos muitos sensores de distância como IR, Laser, ultrassônico, LED time-of-flight (TOF), etc. Portanto, selecionar um para seu projeto pode ser desafiador.

O artigo de hoje analisa vários sensores de distância, suas aplicações, vantagens e desvantagens. Vamos lá.

O que é um Sensor de Distância?

Fig 1: Sensor Infravermelho Montado

Um sensor de distância é um dispositivo eletrônico que mede a distância entre dois objetos sem contato físico.

Portanto, oferece medição rápida e precisa, posicionamento e alcance de objetos.

Como Funcionam os Sensores de Distância?

Fig 2: Funcionamento de um Sensor Ultrassônico

Todos os sensores de distância têm o mesmo princípio de operação independentemente da tecnologia envolvida.

Se você quer medir a distância entre dois pontos, aqui está como seu sensor de distância funciona:

• Primeiro, um transmissor do sensor de distância envia um sinal em direção ao objeto.
• Consequentemente, o sinal é refletido/volta ao atingir o objeto.
• O receptor do sensor recebe o sinal refletido.
• Então calcula o atraso desde quando o sinal foi transmitido e recebido.
• Finalmente, usa o atraso para calcular a distância entre si e o objeto.

O atraso medido pode ser nas seguintes formas:

• Mudança de fase do sinal de retorno
• Intensidade do sinal de retorno
• Finalmente, o atraso de tempo entre transmissão e recepção do sinal

Quais São os Tipos de Sensores de Distância?

Sensor de Distância Ultrassônico

Fig 3: Close-Up de Helicóptero Drone

O sensor de distância ultrassônico depende de ondas sonoras/sonar de alta frequência para medir a distância a um objeto.

Veja como funciona:

• O sensor ultrassônico envia ondas sonoras de alta frequência em direção a um objeto/obstáculo.
• Ao mesmo tempo, um temporizador é iniciado e, como um eco, as ondas voltam ao receptor do sensor.
• Consequentemente, o temporizador para imediatamente após o sensor receber o sinal refletido.
• Finalmente, calcula a distância entre os objetos contrastando o tempo de viagem do sinal contra a velocidade do som.

Sensores de Distância Infravermelhos

Este módulo de sensor usa o princípio de triangulação ou medir a distância entre dois objetos usando o ângulo de reflexão.

Veja como funciona:

• Emite um sinal de luz infravermelha através de um emissor LED e recebe o sinal refletido em sua lente de fotodetector sensível à posição (PSD).
• Finalmente, o sensor PSD determina a distância do objeto reflexivo usando o ângulo de reflexão.

Sensores de Distância a Laser (LiDAR)

Fig 4: Carro Elétrico Autônomo Mostrando Uso de LiDAR e Sensores de Segurança

Detecção e Medição de Luz (LiDAR) é um sensor de distância a laser que funciona da seguinte forma:

Primeiro, o transmissor emite luz laser em direção ao objeto/obstáculo. O objeto reflete o sinal/pulso em direção ao receptor do LiDAR.

E finalmente, o sensor calcula a distância entre os dois objetos usando a relação entre a velocidade da luz e o tempo.

Sensores de Distância LED Time-of-Flight

Sensores Time-of-flight (TOF) medem distâncias determinando o tempo que uma onda leva para viajar do transmissor e voltar.

Consequentemente, usa a relação entre a velocidade da luz no ar e o tempo de voo do sinal para obter a distância.

Portanto, pode produzir imagens 3D X, Y e Z usando dados de um único instantâneo.

Vantagens: Alta precisão, Pode identificar objetos grandes, Suporta imagem 3D

Desvantagens: Caro, Resolução Z-depth ruim

Aplicações: Robótica e drones, Visão de máquina, Aplicações industriais, Contagem

Sensor de Distância Sonar

Têm o mesmo princípio de funcionamento dos sensores ultrassônicos, mas se destacam mais debaixo d'água. Para sua informação, existem dois tipos de sensores sonar; passivo e ativo.

• Primeiro, sensores sonar ativos emitem um sinal e determinam a distância ao receber um sinal refletido.
• Por outro lado, sonares passivos não têm transmissor e apenas recebem sinal de outro objeto.

Aplicações: Controle de loop, Detecção de pessoas e detecção de submarinos, Controle de altura de pilha

Sensor de Curto Alcance

Fig 5: O Aspirador Robô Aspira o Chão no Apartamento

Sensores de curto alcance medem distâncias entre objetos próximos. São sensores de alta resolução e podem ter alcance mínimo de 1 mm a 2.000 mm ou mais.

Vantagens: Baixo consumo de tensão de operação, Baixo custo e preciso

Aplicações: Detecção de pessoas e medição de precisão, Controle de luzes, Aspiradores robôs

Sensor de Longo Alcance

Sensores de longo alcance usam princípios de time-of-flight pulsado para medir distâncias de até 300 metros.

Vantagens: Tem alcance maior, Altamente versátil e taxas de amostragem

Desvantagens: Caro

Aplicações: Confirmação de carga e posicionamento de madeira, Monitoramento de guindastes, Medição de níveis de enchimento, velocidade e altitudes

Comparando os Sensores de Distância

Adequação para Sensoriamento de Longo Alcance

Os sensores LiDAR e TOF têm adequação para sensoriamento de longo alcance, enquanto sensores ultrassônicos e IR não.

Alta Frequência de Leitura

Os sensores LiDAR e TOF têm alta frequência de leitura. Em contraste, sensores ultrassônicos e IR não.

Custo

Sensores ultrassônicos e IR são baratos comparados a LiDAR e TOF. Além disso, LiDAR é o mais caro dos quatro sensores de distância.

Adequação para Objetos Complexos

Sensores LiDAR, IR e TOF têm excelente adequação para objetos complexos. No entanto, você só pode usar sensores ultrassônicos para coisas simples.

Sensível a Condições Externas

Sensores LiDAR, IR e TOF são sensíveis a condições externas, diferente dos sensores ultrassônicos, que não são.

Compatível com Imagem 3D

Sensores LiDAR e TOF são compatíveis com imagem 3D, enquanto sensores ultrassônicos e IR não são.

Conclusão

Geralmente, sensores de distância têm muitas aplicações em nossas vidas cotidianas. Se você planeja usar um em seu projeto, considere custo, tamanho, adequação e durabilidade.

Finalmente, se você tem alguma área cinzenta que precisa de esclarecimento, por favor, nos contate. Responderemos o mais rápido possível.