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红外测距传感器

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广东第二师范学院学生实验报告

院系名称 物理与信息工程系 班级

专业名称 电子信息工程

实验课程名称 传感器技术与应用

实验项目名称 红外测距传感器

实验时间 2019年5月6日 实验地点 物理楼3楼微机实验室

实验成绩 指导教师签名

实验报告内容包含：实验目的、实验仪器、实验原理，实验内容、实验步骤、实验数据整理与归纳（数据、图表、计算等）、实验结果分析、实验思考题、实验心得。

【实验目的】

红外测距传感器广泛应用于机电一体化、机器人、汽车系统、家庭自动化以及需要精确、中等距离非接触位置测量的其他应用。传感器通过应用三角测量原理输出与远程目标的测距相关的电压。红外测距传感器成本相对较低，通常易于与大多数微型控制器接口。

【实验仪器】

1. NI ELVIS II

2. LabVIEW软件

3. 红外测距传感器

【实验原理】

图1显示了一个典型的红外测距传感器。它由红外发射二极管（IRED）、位置敏感检测器（PSD）、一对光学透镜和完全封装于塑壳内的信号调理电路组成。当红外光束从固体表面反射时，PSD接收反射光束并输出与测量距离相关的电压。根据所使用的传感器不同，有些因素可能会影响其性能，其中包括反射表面的反射率（例如，它是否是无光泽的）和来自周围物体的红外辐射。 2

图 1:

夏普红外测距传感器图示，其中显示了镜头和塑壳（左），IRED和PSD（右）

2.位置敏感监测器PSD如何工作?

PSD通过应用三角测量原理来确定对象的距离。如图2所示，从IRED发射的红外光通过投影透镜产生一束窄红外光入射光束。红外光的扩散反射（与镜面反射相反）由接收透镜收集，将其聚焦在PSD的表面上。聚焦光束在PSD上的位置与反射面的距离成反比，由等式1确定

为聚焦光束在 PSD 传感器上相对于接受透镜主轴的位置，是投射和接收透镜主轴之间的距离，是接收透镜焦距，是到反射面的距离。

如图2所示, 如果反射面从位置L1远离传感器至位置L2, 则聚焦光束在PSD上的位置由X1 移动至X2 。

集成到传感器中的信号调理电路将聚焦光束（x）的位置转换为模拟输出信号。在用作距离测量传感器之前，必须对多个目标对应的输出信号进行校准。 3

图 2: 应用三角测量原理来测量距离.

【实验步骤】

一、数据采集

1. 打开QNET Mechatronic Sensors.lvproj.

2. 在项目浏览器Project Explorer窗口，打开QNET Sensors Infrared Distance.vi.

3. 点击数据采集Collect Data

4. 在仪器Device下拉菜单中，选择仪器名称。

5. 运行 VI.

6. 在目标距离Target Distance (cm) 列中输入10。

7. 在与传感器相距10厘米的地方放置一块坚固的磨砂（无光泽）纸板。使用未校准输出Uncalibrated Output 波形图，读取相应传感器输出，并在传感器输出Sensor

Output(V)键入相应数值。

注意：目标尺寸至少30厘米×30厘米大小。

8. 将目标测距传感器以5厘米的间隔移动，继续进行测量。每次分别在目标距离Target

Distance（cm）和传感器输出Sensor Output （V）阵列中键入相应目标距离和测量传4

感器输出。

注意：输入测量的读数后，会自动生成一个与数据匹配的序列。传感器读数Sensor

Readings波形图中会显示相应曲线。该曲线表示传感器的校准曲线。

9. 校准曲线的系数由VI自动计算并显示在A和B指数中。记下这些值。

10. 在表 1中记录采集到的数据.

11. 要输出一个传感器读数Sensor Readings图形，可以右键点击图形，然后选择输出/输出简化图形Export | Export Simplified Image.

12. 继续下一节.

Target Distance (cm) Sensor Output (V)

10

15

20

25

30

35

40

Table 1: Recorded sensor output using a matte target.

二、校准红外测距传感器

1. 点击校准传感器Calibrate Sensor ，根据目标的线性位移（cm）校准红外传感器的输5

出。

2. 使用A和B数值控制输入在数据采集步骤中获得的功率系列系数值。

3. 测试校准结果的准确性。为此，将目标放在校准范围内的不同已知位置，并确认校准输出Calibrated Output波形图以及距离Distance (cm)滑块指示器中显示的距离是否正确。在表2 记录实际和测量距离。

目标实际距离(cm) 目标测量距离 (cm)

表 2: 实际和测得的目标距离

3. 继续下一节.

三、表面反射的影响

1. 如概念回顾Concept Review所述，目标表面的反射率（例如无光泽或闪光）会影响传感器的输出。使用具有高表面光洁度的目标，重复数据采集程序来观察效果。在表3中记录您的测量值。您是否观察到显著的差异？

目标距离 (cm) 传感器输出(V)

10

15

20

25

30

35

40

2. 如果不需要进行进一步实验，按停止Stop 按钮退出并关闭试验. 6

【实验心得】

整个实验比较简单，需要用到尺子测量距离，然后把物体放在等距的位置，查看传感器测出的距离，然后再校正误差。不过后面用镜子做实验时，出现较大的误差，可能是镜子比其他物体反射能力更强，检测到的电压值变化比反射率差的变化大。

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基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法研究

基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法研究

１渣　訇　出　

基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人　

控制算法研究　

宋章军，陈恳，杨向东　

（清华大学精仪系制造所，北京１０００８４）　

摘要为解决通风管道清扫机器人在水平矩形管道中的自主行驶问题，设计了一种基于红９ｔ，￣Ｕ距传感　

器信息的控制算法。红９ｔ，￣Ｕ距传感器检测出机器人与管道壁面的距离，计算出机器人在管道中　

的姿态；光电编码器检测出机器人的实际行驶速度，利用轮式移动机器人运动学模型估计其状　

态。通过对这两种信息的融合，得到机器人在管道中的位姿信息。根据位姿信息和设计的控制　

率，实时调整机器人舵轮方向，使机器人保持与壁面平行行驶，并防止其与壁面碰撞。理论上　

证明这个控制系统是渐近稳定的，并通过实验对控制算法进行了验证。　

关键词：控制算法；红外传感器；管道清扫；状态估计　

中田分类号：ＴＰ２４２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１　００９—０１　３４（２００６）０５—００４４—０４　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｄｕｃｔ－ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｒｏｂｏｔｓ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　

ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒｓ　

ＳＯＮＧ　Ｚｈａｎｇ－ｊｕｎ，ＣＨＥＮ　Ｋｅｎ，ＹＡＮＧ　Ｘｉａｎｇ—ｄｏｎｇ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｎｄ　Ｍｅｃｈａｎｏｌｏｇｙ，　

Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１　０００８４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｄｕｃｔ—ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｒｏｂｏｔｓ　ｉｎ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｒｅｃｔａｎｇｌｅ　

ｄｕｃｔｓ，ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｉｓ　

基于红外技术的前车距离测量方法

基于红外技术的前车距离测量方法

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基于红外技术的前车距离测量方法

作者：王刚 南忠良

来源：《消费电子·理论版》2014年第01期

摘 要：本课题运用红外线技术对前方目标车辆进行检测，以获取本车与前方车辆的相对距离，从而对跟进车的行驶状态进行实时控制，实现无人驾驶的震源车车队。本文主要通过卡塞格林光学系统对前车尾气的红外信号进行采集，利用热敏电阻探测器将采集到的红外信号转换成电压信号，在对转换后的电压信号进行相应的处理，如信号放大、滤波与检波等处理，将处理后的信号与系统内的参数进行比较得出与前车的相对距离，随后由单片机通过前车距离值的判断并对跟进车的速度进行实时控制，以实现利用红外技术对前车距离的检测，在勘探技术中实现无人驾驶的震源车车队。

关键词：红外测距；汽车防撞；后车跟进；方法分析

中图分类号：TN216 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 02-0000-02

在石油勘探技术中，为了节省人力，提高生产效率，需要研究一种无人驾驶的震源车车队。后车的行走路线，需要根据检测到的前车信息来决定，为了安全跟行，需要进行前车信息检测，方便车队正常安全运行。为此，对于前车的距离测量成为了首要任务。通过红外技术可以实现前车距离的测量，进而测出前车速度等其他信息，计算机系统根据这些信息决定后车的行驶速度，使车队安全行进。红外测距传感器不仅可以利用红外信号遇到不同距离的障碍物产生不同强度的红外反射进行障碍物的远近检测的原理[1]，也可以根据前车红外成像显示距离的原理[2]，还可以根据红外信号传播的时间确定前方车距的原理[3]，基于每种原理，都有许多不同的测量方法，在此论述各方法的优缺点，弥补不足，确定测量方法。因此，选取高精度、高效率的测量方法具有一定的研究意义。

一、红外技术测前车距离的系统设计方案和红外信号的采集

（一）红外技术测前车距离的系统设计方案

红外传感器的基本原理及应用

红外传感器的基本原理及应用

红外传感器的基本原理及应用

红外技术发展到现在，已经为大家所熟知，这种技术已经在现代科技、国防和工农业等领域获得了广泛的应用。红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类：（1）辐射计，用于辐射和光谱测量；（2）搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪；（3）热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像；（4）红外测距和通信系统；（5）混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。

首先了解一下红外光。红外光是太阳光谱的一部分，红外光的最大特点就是具有光热效应，辐射热量，它是光谱中最大光热效应区。红外光一种不可见光，与所有电磁波一样，具有反射、折射、散射、干涉、吸收等性质。红外光在真空中的传播速度为3×108m/s。红外光在介质中传播会产生衰减，在金属中传播衰减很大，但红外辐射能透过大部分半导体和一些塑料，大部分液体对红外辐射吸收非常大。不同的气体对其吸收程度各不相同，大气层对不同波长的红外光存在不同的吸收带。研究分析表明，对于波长为1～5μm、 8～14μm区域的红外光具有比较大的“透明度”。即这些波长的红外光能较好地穿透大气层。自然界中任何物体，只要其温度在绝对零度之上，都能产生红外光辐射。红外光的光热效应对不同的物体是各不相同的，热能强度也不一样。例如，黑体(能全部吸收投射到其表面的红外辐射的物体)、镜体(能全部反射红外辐射的物体)、透明体(能全部穿透红外辐射的物体)和灰体(能部分反射或吸收红外辐射的物体)将产生不同的光热效应。严格来讲，自然界并不存在黑体、镜体和透明体，而绝大部分物体都属于灰体。上述这些特性就是把红外光辐射技术用于卫星遥感遥测、红外跟踪等军事和科学研究项目的重要理论依据。

红外辐射的基本定律

(1)基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W。

耐高温测距传感器

耐高温测距传感器

耐高温测距传感器

耐高温测距传感器文档

一、引言

耐高温测距传感器是一种能够在高温环境下可靠测量距离的传感器设备。它能够广泛应用于各种高温环境下的测距应用，如钢铁冶金、化工、航天航空等行业。本文档将对耐高温测距传感器的工作原理、性能特点、应用领域以及未来发展进行详细介绍。

二、工作原理

耐高温测距传感器利用红外激光或超声波等技术原理进行测量。它通过向目标物体发射红外激光或超声波信号，并接收反射信号计算出距离。传感器内部包含一个高温耐受的光学组件和电子电路，可在高温环境下稳定工作。

三、性能特点

1. 高温耐受能力：耐高温测距传感器能够在高温环境下长时间稳定工作，通常能够耐受高达500°C的温度。

2. 高精度测量：传感器具备高度精确的测量能力，能够实时测量距离，并提供稳定的数据。

3. 耐腐蚀性能：传感器表面涂有特殊材料，能够在腐蚀性气体环境下长时间使用，并保持精确的测量结果。 4. 快速响应：传感器能够在纳秒级别快速响应，实时获取目标物体距离的变化。

5. 兼容性：耐高温测距传感器与各种控制系统兼容，可与PLC、SCADA系统等无缝集成。

四、应用领域

1. 钢铁冶金：在高温炉炼钢和铁的过程中，耐高温测距传感器可用于测量炉内物料的高度，以控制炉料的投入和排出。

2. 化工：在化工生产过程中，传感器可用于测量反应釜内液位、槽内物料的液面高度等，以控制反应过程的稳定性。

3. 航天航空：在航天器发射和着陆过程中，传感器可用于测量离地面或着陆平台的距离，以确保航天器的安全着陆。

4. 汽车制造：传感器可用于汽车烤漆过程中对车体的距离测量，确保喷漆的均匀性，提高产品质量。

五、未来发展

随着科技的发展和应用需求的不断增加，耐高温测距传感器在未来将迎来更广阔的应用前景。未来的耐高温测距传感器将更加精确、灵敏，并能够在更高的温度范围内工作。同时，传感器的体积将进一步缩小，使其可以应用于更多高温环境下的实际场景。