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距離測定センサー

概要

距離センサーとは何ですか?

現実世界の要素を測定する場合、最も一般的なケースの1つは距離です。距離センサーは、スマートフォン から 車のセルフパーキング、さらには スペースシャトルの窓の欠陥検出で利用されています。ほとんどの場合、物体同士の近接を検知、または距離測定のツールとして使用されます。技術開発が進むにつれて、距離センサーの使用範囲は、特に 物体の認識と再構築の分野で拡大しています。この成長に伴い、より多くの人々や企業が距離センサーを利用し、自分たちの生活や製品に取り込んでいます。

距離センサーはさまざまな形で作用しており、最も一般的な方法のいくつかは次のとおりです。

超音波
– センサーは音波を送信し、音波が反射するのを待ちます。音波が移動に費やす時間を使用して、物体との距離を決定できます。
– センサーは、音の速度が変化する場所(宇宙空間など)では使用できませんが、距離を決定するために光を必要としないため、暗闇でも完全に作用できます。
– 機械が動いているかどうかを判断するために、工場で超音波センサーがよく使用されます。

赤外線
– 赤外線センサーは、超音波センサーと同様に、反射光波の原理で動作します。
– これらのセンサーは、光が遮られる状況や非常に暗い状況では機能しません。ただし、超音波センサーよりも光がある条件では、高いパフォーマンスを発揮する場合があります。
– 赤外線センサーは、駐車時に人やモノにぶつかったときにドライバーに警告するために、車載でよく使用されます。

ToF
– これは、信号が送信されて原点に戻るまでにかかる時間で距離を測定する一般的なタイプのセンサーを表現する用語です。

以下の4種類のセンサーを新たにneqtoと使用可能になりましたことをお知らせします。

メーカー 名前 タイプ コスト
Sharp Corporation GP2Y0A21YK 赤外線 ¥
STMicroelectronics VL53L0X Time of Flight ¥
DFRobot SRF02 超音波 ¥¥
DFRobot SRF08 超音波 ¥¥¥


全体的な印象

– VL53L0X: 中距離範囲で高精度で尚且つリーズナブルな値段設定です。
– GP2Y0A21YK: 近距離範囲で信頼性は高くはないが、安価で利用できるセンサーです。
– SRF02: 長距離範囲で適切な精度ですが、他のセンサーよりも高い価格です。
– SRF08:高い価格でも良い場合、長距離範囲での高精度で尚且つ信頼性が高いです。



ハードウェアエンジニアの感想

これらのセンサーを使用できるようにするため、さまざまなテストを実行して徹底的にキャリブレーションを行いました。弊社のエンジニアが、各センサーに関する技術的概要とneqto Bridgeとの互換性に関して下記にまとめています。


SHARP GP2Y0A21YK – IR センサ



仕様
- 定格範囲 -> 0.10m - 0.80m
- 最適範囲 -> 0.10m - 0.45m

- 開発者のコメント
- これはアナログセンサーであるため、ADC(Adafruit ADS1015)を使用してneqtoブリッジと接続を実行
- 0.5m.短距離範囲では確実な計測、ノイズにより0.5m後は不確実

- ベストアプリケーション
- 駐車アシスタントなどの短距離アプリケーション向け
- ADC値をマッピングした後、センサーは非常にばらつきのある値であることがわかりましたが、IRセンシングの性質により、高速の対象物センシングに向いています。




STM VL53L0X – ToF センサ



仕様
- 定格範囲 -> 0.03m - 2.00m (White Target), 0.03m - 0.80m (Grey Target)
- 最適範囲 -> 0.0m - 1.20m

- 開発者のコメント
- センサーは1.2m後に使用不可能(*テスト条件により*)

- ベストアプリケーション
- 中距離範囲の正確な測定値
- 低反射率のエリアでのテストには不向き


SRF02 – 超音波センサ



仕様
- 定格範囲 -> 0.16m - 6.00m
- 最適範囲 -> 0.25m - 3.00m

- 開発者のコメント
- 短、中距離範囲で確実な計測

- ベストアプリケーション
- タンクの残量管理


SRF08 – 超音波センサ



仕様
- 定格範囲 -> 0.03m - 6.00m
- 最適範囲 -> 0.01m - 3.00m

- 開発者のコメント
- 全距離範囲で確実な計測

- ベストアプリケーション
- 人の検知
- 高い精度/正確度を必要とするタスクに最適


結論

GP2Y0A21YK赤外線センサーは低精度、高オフセット、および低い直線性を示しました。キャリブレーションではパフォーマンスが向上する可能性がありますが、現在の使用用途は高速ターゲットに限定されており、他のセンサーよりもパフォーマンスが向上する場合があります。決定的な比較には、さらに分析が必要です。

VL53L0Xセンサーは、距離範囲の小さなサブセットで高精度、高精度、高直線性、低オフセットで良好に機能しました。ただし、距離範囲が制限されているため、有用性は低下します。

SRF02およびSRF08超音波センサーは、ほとんどの距離範囲でキャリブレーションなしで良好に機能し、非常に正確で、わずかなオフセットで直線性が高いことが証明されました。
ただし、SRF02の変動するパフォーマンスと比較すると、SRF08は全範囲で優れたパフォーマンスを発揮しました。

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