거리 센서 완벽 가이드: 종류, 용도 및 올바른 선택 방법

IR, 레이저, 초음파, LED 비행시간(TOF) 센서 등 다양한 거리 센서가 있습니다. 따라서 프로젝트에 맞는 하나를 선택하는 것이 어려울 수 있습니다.

오늘 기사에서는 다양한 거리 센서, 그들의 응용 분야, 장단점을 살펴봅니다. 시작해볼까요.

거리 센서란 무엇인가요?

그림 1: 장착된 적외선 센서

거리 센서는 물리적 접촉 없이 두 물체 사이의 거리를 측정하는 전자 장치입니다.

따라서 물체의 빠르고 정확한 측정, 위치 결정, 범위 측정을 제공합니다.

거리 센서는 어떻게 작동하나요?

그림 2: 초음파 센서의 작동

기술에 관계없이 모든 거리 센서는 동일한 동작 원리를 가집니다.

두 지점 사이의 거리를 측정하고 싶다면, 거리 센서는 다음과 같이 작동합니다:

• 첫째, 거리 센서 송신기가 물체를 향해 신호를 보냅니다.
• 결과적으로 신호는 물체에 부딪혀 반사/되돌아옵니다.
• 센서의 수신기가 반사된 신호를 받습니다.
• 신호가 전송되고 수신될 때부터의 지연을 계산합니다.
• 마지막으로 지연을 사용하여 자신과 물체 사이의 거리를 계산합니다.

측정된 지연은 다음과 같은 형태일 수 있습니다.

• 반환 신호의 위상 변화
• 반환 신호의 강도
• 마지막으로 신호 전송과 수신 사이의 시간 지연

거리 센서의 종류는 무엇인가요?

초음파 거리 센서

그림 3: 드론 헬리콥터 클로즈업

초음파 거리 센서는 고주파 소나/음파를 사용하여 물체까지의 거리를 측정합니다.

작동 방식:

• 초음파 센서가 물체/장애물을 향해 고주파 음파를 보냅니다.
• 동시에 타이머가 시작되고, 메아리처럼 파동이 센서 수신기로 되돌아옵니다.
• 센서가 반사된 신호를 수신한 직후 타이머가 멈춥니다.
• 마지막으로 신호 이동 시간을 음속과 대조하여 물체 간 거리를 계산합니다.

적외선 거리 센서

이 센서 모듈은 삼각 측량 원리나 반사 각도를 사용하여 두 물체 사이의 거리를 측정합니다.

작동 방식:

• LED 이미터를 통해 적외선 광신호를 방출하고, 반사된 신호를 위치 감응형 포토디텍터(PSD) 렌즈에서 수신합니다.
• 최종적으로 PSD 센서가 반사 각도를 사용하여 반사 물체의 거리를 결정합니다.

레이저 거리 센서 (LiDAR)

그림 4: 라이다 및 안전 센서 사용을 보여주는 자율 주행 전기차

광검출 및 거리 측정(LiDAR)은 다음과 같이 작동하는 레이저 거리 센서입니다:

첫째, 송신기가 물체/장애물을 향해 레이저 광을 방출합니다. 물체가 신호/펄스를 LiDAR 수신기로 반사합니다.

그리고 마지막으로 센서는 빛의 속도와 시간의 관계를 사용하여 두 물체 사이의 거리를 계산합니다.

LED 비행시간(TOF) 거리 센서

비행시간(TOF) 센서는 파동이 송신기에서 출발하여 되돌아오는 데 걸린 시간을 결정하여 거리를 측정합니다.

결과적으로 공기 중 빛의 속도와 신호의 비행 시간 관계를 사용하여 거리를 구합니다.

따라서 단일 스냅샷의 데이터로 3D X, Y, Z 이미지를 생성할 수 있습니다.

장점: 높은 정확도, 큰 물체 식별 가능, 3D 이미징 지원

단점: 비쌈, 낮은 Z-깊이 해상도

응용 분야: 로봇공학 및 드론, 머신 비전, 산업 응용, 카운팅

소나 거리 센서

초음파 센서와 같은 작동 원리를 가지지만 수중에서 더 뛰어납니다. 참고로 소나 센서에는 수동과 능동 두 가지 유형이 있습니다.

• 첫째, 능동 소나 센서는 신호를 방출하고 반사된 신호 수신 시 거리를 결정합니다.
• 반면 수동 소나는 송신기가 없고 다른 물체에서 오는 신호만 수신합니다.

응용 분야: 루프 제어, 사람 감지 및 잠수함 감지, 적재 높이 제어

단거리 거리 센서

그림 5: 아파트 바닥을 청소하는 로봇 진공 청소기

단거리 거리 센서는 가까운 물체 사이의 거리를 측정합니다. 고해상도 센서이며 최소 범위가 1mm~2000mm 이상일 수 있습니다.

장점: 낮은 동작 전압 소비, 저렴한 비용, 정확함

응용 분야: 사람 감지 및 정밀 거리 측정, 조명 제어, 로봇 진공 청소기

장거리 거리 센서

장거리 센서는 펄스 비행시간 원리를 사용하여 최대 300미터까지의 거리를 측정합니다.

장점: 더 긴 도달 범위, 높은 다용도성, 샘플링 속도

단점: 비쌈

응용 분야: 적재 확인 및 목재 포지셔닝, 크레인 모니터링, 충전 레벨/속도/고도 측정

거리 센서 비교

장거리 감지 적합성

LiDAR와 TOF 센서는 장거리 감지에 적합하지만, 초음파와 IR 센서는 그렇지 않습니다.

높은 판독 주파수

LiDAR와 TOF 센서는 높은 판독 주파수를 가집니다. 반면 초음파와 IR 센서는 그렇지 않습니다.

비용

초음파와 IR 센서는 LiDAR와 TOF에 비해 저렴합니다. 또한 LiDAR는 네 가지 거리 센서 중 가장 비쌉니다.

복잡한 물체 사용 적합성

LiDAR, IR, TOF 센서는 복잡한 물체 사용에 탁월한 적합성을 가집니다. 그러나 초음파 센서는 단순한 것에만 사용할 수 있습니다.

외부 조건 민감도

LiDAR, IR, TOF 센서는 외부 조건에 민감한 반면, 초음파 센서는 그렇지 않습니다.

3D 이미징 호환성

LiDAR와 TOF 센서는 3D 이미징과 호환되지만, 초음파와 IR 센서는 그렇지 않습니다.

결론

일반적으로 거리 센서는 우리 일상생활에 수많은 응용 분야가 있습니다. 프로젝트에 하나를 사용할 계획이라면 비용, 크기, 적합성, 내구성을 고려하세요.

마지막으로 명확히 해야 할 회색 영역이 있다면 연락 주세요. 가능한 한 빨리 답변 드리겠습니다.