4种近距离传感器技术比较

作为一种非接触式方法，最常用的方法是提供简单的物体检测或对物体的精确距离测量，现在有许多技术属于接近传感器层次，每种技术都提供不同的工作原理、优点和缺点。

然而，有了如此多的选择，工程师如何选择最适合他们的设计的技术呢？

为了帮助设计师在这一过程中，本文将讨论四种最流行的近距离传感器技术，这些技术将实际适用于便携式或小型固定嵌入式系统，并且适用于从几英寸到几十英尺的中等探测范围：

• 超声波

• 光电

• 激光测距仪

• 感应式传感器

电容式和霍尔效应传感器是另外两种流行的近距离传感器技术，由于它们在非常近距离探测场景中的使用通常有限，因此本文将不考虑这些技术。

在深入研究上述四种技术之前，需要注意的是，没有一种接近传感器技术能够为每种应用和预期用途提供一刀切的解决方案。在选择接近传感器技术时，有许多因素需要考虑，例如成本、检测范围、封装尺寸、刷新率和材料的影响。

了解每种技术属于这些不同因素的范围，以及对最终应用最关键的是做出正确选择的关键。

超声波传感器产生超声波脉冲并测量脉冲从物体上反弹并返回所需的时间。它们可以用来计算到所述物体的距离，或者简单地检测到它的存在。

超声波传感器的实现可以使用****机和接受者其中********啁啾并由接收器检测到的模块，或者****和接收功能可以组合成一个称为超声波收发器. 在使用单独的****机和接收机模块的实现中，它们通常尽可能靠近以获得最大精度。

图1超声波技术的一般实现

由于其简单的设计，超声波传感器是一个低成本的选择，具有许多优点，使其非常适合广泛的应用。超声波传感器每秒能发出数百个脉冲，具有高刷新率，精确度高。

因为超声波传感器是基于声音而不是电磁波，物体的颜色和透明度，以及在光或暗环境中的操作，对精度和功能没有影响。此外，随着时间的推移，声波的探测范围也在增加，这可能是设计需要的强项或弱点。

虽然声音不受光或暗的影响，但声音的速度受空气温度变化的影响。温度的任何剧烈变化都会极大地影响超声波传感器的精度。这可以通过测量温度来抵消，以更新任何计算，但这仍然是技术的一个限制。

这些声波也会受到软材料或吸收性材料的限制，这些材料不允许声音有效地反弹。最后，超声波传感器不适用于水下使用，它们对声波的依赖性意味着它们在没有声音传输介质的真空中无法正常工作。CUI设备的博客，超声波传感器基础进一步的技术包括

最有效的缺勤或存在检测，光电传感器通常被认为是用于车库门传感器或商店的住户计数，以及其他工业、住宅和商业应用。由于没有运动部件，光电传感器通常具有较长的产品生命周期。他们能够感知大多数材料，但透明物体或水可能会导致问题。

它们提供几种不同的实现方式：穿透光束、后向反射和漫反射。

穿透光束的实现（图2）是一个可以识别为上面提到的车库门传感器，****和接收器彼此相对放置。这两点之间光束的任何中断都会向传感器显示物体的存在。

图2对射实施

后向反射（图3）将****和接收器相邻放置，反向反射器相对放置，反射从****到接收器的光束。

图3反向反射实施

漫反射（图4）的工作原理类似于逆反射，但它不是将光束从反射器上反弹，而是将光束从任何附近的物体上反弹，就像超声波传感器一样。但是，此实现不具备计算距离的能力。

图4漫反射实现

不同的实现方式也有各自的优势，因为穿透光束和后向反射提供了较长的探测范围和快速的响应时间，而漫反射则擅长于探测小物体。光电传感器也是工业环境中常见的一种可靠的解决方案，只要透镜不受污染。也就是说，距离计算实际上是光电传感器不存在的能力，物体的颜色和反射率都会引起问题。

各种光电实现还需要仔细安装和校准，这可能会导致复杂系统中的额外挑战。

利用电磁光束而不是声波，激光测距传感器的工作原理与超声波传感器相似。虽然近年来这项技术在经济上变得更加可行，但与超声波和其他技术相比，它仍然是一个更昂贵的选择。

激光测距技术确实具有极高的探测范围，高达数百或数千英尺，同时响应速度也很快。由于光速远快于声速，飞行时间测量对激光测距传感器来说是一个挑战。这就是可以利用干涉测量等实现来降低成本和提高精度的地方。

图5典型的激光测距干涉测量装置

如前所述，激光测距是目前为止本文讨论的最昂贵的技术，这使得它不太适用于许多工程师的材料清单。这种传感器技术中使用的激光器也会消耗大量的能量，限制了它在便携式应用中的应用，同时也会给用户带来潜在的眼睛安全风险。

根据预期的应用，激光相对集中的传感区域和缺乏色散可以被视为一种优势或局限。激光测距仪在处理水或玻璃时也表现不佳。

虽然感应式传感器基于一种较旧的工作原理，但最近得到了更广泛的应用。然而，与目前讨论的其他三种技术不同，感应技术只适用于金属物体。

当金属物体进入其探测范围时，感应传感器通过探测磁场的变化来工作。这是任何金属探测器的基本工作原理。

图6感应式传感器用于探测金属物体

除了普通的金属探测器之外，感应式传感器的探测范围很广，一般在毫米到米之间。这可能包括近距离应用程序，如计算齿轮转动次数，或更远距离的应用程序，如道路上的车辆检测。

它们对含铁材料（即铁和钢）的性能最好，但仍能以较小的探测范围探测非磁性物体。感应式传感器操作灵活，更新速度极快。然而，它们最终受到它们所能感知到的东西的限制，并且容易受到各种来源的干扰。

在选择接近传感器技术时，有许多因素需要考虑。了解本文中讨论的不同技术的优点和折衷可以使选择过程更容易。

表1根据成本、范围、尺寸、刷新率和材料效果对覆盖的接近传感器进行矩阵比较。

尽管每种技术都有其最合适的用途，但超声波传感器通常是一个很好的整体选择，因为它们成本低，能够同时检测存在和距离，而且通常简单易行。这就是为什么超声波传感器在如此广泛的设计中被发现，同时不断发现新的用途和应用。