مدونة حول دليل على أجهزة استشعار قياس المسافة وتطبيقاتها

فكر في كيفية اكتشاف السيارات ذاتية القيادة العقبات التي تقف أمامك، أو كيفية استخدام الروبوتات الصناعية لمراقبة المكونات على خطوط التجميع، أو كيفية ضبط أنظمة المنازل الذكية للإضاءة بناءً على موقعك.كل هذه العجائب التكنولوجية تعتمد على مكون حاسمتستكشف هذه المقالة العلم وراء أدوات القياس هذه، من المبادئ الأساسية إلى التطبيقات العملية.

أجهزة استشعار المسافة تقيس المساحة بين الكائن والمستشعر نفسه. عادة ما يتبع تشغيلها هذا التسلسل:مصدر ضوئي داخلي (LED أو ليزر ديود) ينبعث من شعاع يعكس الجسم المستهدفيلتقط جهاز الاستقبال الضوئي للمستشعر (PSD أو CMOS) هذا الضوء المنعكس ، ثم يعالج ويحول البيانات البصرية إلى قياسات المسافة.

تهيمن منهجيات قياس أساسية على هذا المجال: تقنيات المثلثات وتقنيات وقت الطيران (TOF).

يستخدم هذا النهج مبادئ المثلثية الهندسية. ينعكس شعاع الضوء عن الهدف ويركز من خلال عدسة على مستقبل ضوئي (PSD أو CMOS). مع تغير مسافة الجسم ، يتم تحديد المسافة بين الجسم والجهاز.يغير موقع الانعكاس على المستقبلمن خلال تحليل هذا التغيير الموضعي مع المعلمات الهندسية المعروفة (المسافة المصدر-المستقبل، والمسافة البؤرية للعدسة) ، يحسب النظام المسافة الدقيقة.

أجهزة استشعار مكملة من الأكسيد المعدني والشرائح نصف الموصلة تستخدم مجموعة من البكسلات للكشف عن كثافة الضوء في كل نقطةهذه الأنظمة تحدد مواقع الانعكاس بدقة استثنائية، مما يتيح قياسات مستوى الميكرون مثالية لمراقبة الجودة والتصنيع الدقيق.

أجهزة الكشف الحساسة للموقع تولد إشارات تناظرية تتوافق مع مواقع البقع الضوئية. تقوم هذه الأنظمة بمعالجة إشارتين خروجيتين (أ و ب) لحساب مواقع الانعكاس.مع توفير أوقات استجابة أسرع من CMOS، أجهزة استشعار PSD تبادل بعض دقة القياس للسرعة مما يجعلها مناسبة للعمليات الصناعية الديناميكية.

تحسب أجهزة استشعار TOF المسافة عن طريق قياس وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا للضوء بين الانبعاث والانعكاس. نظراً للقيمة الثابتة لسرعة الضوء ، يتم تحويل الوقت المنصرم مباشرة إلى المسافة.تستخدم هذه الأنظمة عادةً الليزر النبضية أو مصابيح LED المزدوجة مع دوائر توقيت دقيقة.

هذا النهج يعدل أشعة الليزر المستمرة ويقيس فروق المراحل بين الموجات الصادرة والعودة.على الرغم من أن النطاق التشغيلي محدودتتضمن التطبيقات رسم خرائط طوبوغرافية واستقصاءات معمارية حيث يكون دقة المليمتر مهمة.

من خلال توقيت مدة رحلة نبضات الليزر المنفصلة ذهابًا وإيابًا ، هذه الأنظمة تتفوق في القياسات على مسافات طويلة بمقاومة تداخل متفوقة.قدراتهم على المدى الكيلومترية تستفيد من تطبيقات مثل الملاحة الذاتية للسيارات والمراقبة الصناعية واسعة النطاق.

على الرغم من أن كلاهما يقيس العلاقات المكانية، فإن أنواع أجهزة الاستشعار هذه تخدم أغراض متميزة.أجهزة استشعار الانتقال متخصصة في القياسات المجهرية (المقياس الميكروميتر) على مسافات قصيرة (مليمتر إلى سنتيمتر)أجهزة استشعار المسافة تعمل على نطاقات أكبر (من السنتيمتر إلى المتر) بدقة على مستوى المليمتر،خدمة تطبيقات أوسع من الروبوتات إلى البنية التحتية الذكية.

اختيار أجهزة استشعار المسافة المناسبة يتطلب تقييم العديد من المعلمات:

• نطاق القياسمطابقة قدرة جهاز الاستشعار بالمتطلبات التشغيلية
• الدقة:اختيار التكنولوجيا المناسبة لأعمدة التسامح
• سرعة الاستجابة:إعطاء الأولوية لعملية أخذ عينات سريعة في البيئات الديناميكية
• مقاومة البيئة:النظر في درجة الحرارة والرطوبة وظروف الإضاءة
• واجهة الخروج:تأمين التوافق مع أنظمة التحكم (الأنانولوجية / الرقمية / الشبكة)

التطبيقات الحديثة تشمل العديد من الصناعات:

• الأتمتة الصناعية:اكتشاف الكائنات، تحديد المواقع، تحليل الأبعاد
• الروبوتات:تجنب العقبات، الملاحة، التلاعب
• النقل:القيادة المستقلة، منع الاصطدامات
• الخدمات اللوجستية:فرز الطرود وإدارة المخزون
• البيئات الذكية:الكشف عن الوجود، الإضاءة التكيفية

وبما أن الأتمتة تتغلغل في الحياة الحديثة، فإن أجهزة استشعار المسافة بمثابة عوامل أساسية لتحويل الأنظمة الميكانيكية إلى شبكات ذكية.فهم مبادئ تشغيلها ومعايير اختيارها يمكّن المهندسين من تطبيق هذه التقنيات بفعالية، ودفع الابتكار عبر تطبيقات لا تعد ولا تحصى.