Sharp红外传感器的原理以及使用技巧_mxcdbetrue的空间_百度空间


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在过去几年中,Sharp开发了很多种红外距离传感器。这些传感器不但体积小,功耗也很低。这篇文章就简单的介绍一下这些传感器的不同点,使用方法,接口方法以及一些使用上的小技巧。
工作原理:

Sharp的红外传感器都是基于一个原理,三角测量原理。红外发射器按照一定的角度发射红外光束,当遇到物体以后,光束会反射回来,如图1所示。反射回来的红外光线被CCD检测器检测到以后,会获得一个偏移值L,利用三角关系,在知道了发射角度a,偏移距L,中心矩X,以及滤镜的焦距f以后,传感器到物体的距离D就可以通过几何关系计算出来了。

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可以看到,当D的距离足够近的时候,L值会相当大,超过CCD的探测范围,这时,虽然物体很近,但是传感器反而看不到了。当物体距离D很大时,L值就会很小。这时CCD检测器能否分辨得出这个很小的L值成为关键,也就是说CCD的分辨率决定能不能获得足够xx的L值。要检测越是远的物体,CCD的分辨率要求就越高。
其实在SHARP红外距离传感器中的接收器采用的不是CCD而是线阵列红外光电传感器称为PSD,这个在它的datasheet中有介绍。
非线性输出:

Sharp GS2XX系列的传感器的输出是非线性的。没个型号的输出曲线都不同。所以,在实际使用前,{zh0}能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图,以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是典型的Sharp GP2D12的输出曲线图。

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图2:Sharp GP2D12输出曲线

从上图中,可以看到,当被探测物体的距离小于10cm的时候,输出电压急剧下降,也就是说从电压读数来看,物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的,想象一下,你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物,突然发现障碍物消失了,一般来说,你的控制程序会让你的机器人以全速移动,结果就是,"砰"的一声。当然了,解决这个方法也不是没有,这里有个小技巧。只需要改变一下传感器的安装位置,使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。如图3所示:

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图3:可以避免探测误差的安装图示

 
型号对比:

目前Sharp的红外线传感器有如下几种类型:

GP2D02 (串口输出)探测范围 10cm-80cm

GP2D05 (数字输出)探测范围 固定的24cm

GP2D12 (模拟输出)探测范围 10cm-80cm

GP2D15 (数字输出)探测范围 24cm

GP2D120 (模拟输出)探测范围 4cm-30cm

GP2YOAO2YK (模拟输出)探测范围 20cm-150cm

GP2Y0D02YK (数字输出)探测范围 80cm

所有的模拟输出,其输出电压和距离成反比,数字输出只能检测在范围内物体是存在还是不存在,而不能提供距离的检测。

PSD,他的英文名称是PositionSensitiveDetectors,它是一种模拟光电位置传感器,目前主要是日本厂商生产这种器件。因为是模拟器件,故而它存在一些缺点,例如温度稳定性不好,不容易区分干扰光与测量光,线性度不如CCD 器件。但这也不是没有办法解决,通过特殊的测量取样方式可以{zd0}限度的弥补上述缺点,从而生产出好用的产品。但目前国内生产的PSD产品多数测量范围不超过正负6度,测量精度只有0.05到0.1度。

      位置敏感器件PSD (Position Sensitive Device)。PSD 属于半导体器件, 一般做成P+IN结构,具有高灵敏度、高分辨率、响应速度快和配置电路简单等优点, 其弱点主要是非线性。其工作原理是基于横向光电效应。作为新型器件, PSD 已经被广泛应用在位置坐标的xx测量上, 如: 兵器制导和跟踪、工业自动控制、或位置变化等技术领域上.
     PSD光电器件是一种光能/位置转换器件,由于位置量为模拟量输出,系统响应快,分辨率高,成本低,因此具有广泛应用的价值。同时可对目标信号进行调制,因而可以显著提高系统的抗干扰能力,可以用来实现高速、高精度、抗干扰能力强的位置检测系统。因而近年来采用PSD作为位置检测实现技术一直受到重视,并不断研究开发出新的应用技术。研究表明,PSD与CCD器件的{zd0}不同之处是光电位置信号与照射强度相关,以及PSD信号的非线性影响,因而PSD传感装置主要用于一维和二维位置量检测,直接用于D3定位和位置测量还有许多问题需要解决。



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