巧用红外边界技术，TOF也能测距？

翻译自——Spectrum

Terabee公司利用红外边界技术实现二维距离传感和三维深度制图的间接飞行时间技术。

最先进的传感器模块技术是Terabee创新的三维ToF相机，它可以捕获深度数据跨越三维空间。深度感知与飞行时间（TOF）感器是很敏感的，对眼睛完全安全，它可在室内工作，甚至在低光或完全黑暗下运行。

该技术为诸如人员统计、数字库存监视和房间占用监视等应用程序提供了强大的支持。随着刷新率的提高，Terabee的3D TOF传感器模块也能够区分简单的手势，带动创新的人机界面和下一代非接触控制。

Terabee刚刚发布了一种用于工业和物流应用的新型间接飞行时间智能传感器。该传感器利用飞行时间技术可提供12.5米的探测能力。它拥有坚固的IP65外壳，紧凑而轻量化的设计，并具有保防尘和防水的能力。

传感器通过传统的NO/NC开关输出(0-24V)提供接近通知，同时还通过RS485接口传送校准距离数据。

该传感器模块具有6种嵌入式工作模式，允许可编程的距离阈值。这使得现场设置很容易，由于具有“教学”按钮，搜易只需几分钟的时间即可完成操作。而且它的工作模式允许相同的传感器模块触发警报，检测运动，计数对象和检查对象是否对齐。

这种通用性意味着单个传感器可以批量购买，并通过编程实现许多不同控制和监控过程的自动化。这在可重新配置的仓库和工厂中特别有用，可以节省宝贵的安装时间。

发展计划

Terabee计划利用其在传感硬件领域的深厚技术，开发尖端应用。未来12个月，他们将以设备、软件和OEM服务的形式，为移动机器人、智能农业、智能城市、智能建筑、工业自动化等多个市场提供进一步的解决方案。

什么是飞行时间(ToF)距离传感?

这里介绍几种检测方法可用于实时确定一个或多个对象的接近程度，每一种方法都由不同范围的底层硬件加以区分。因此，距离传感器包含了非常广泛的技术领域:红外三角测量、激光、发光二极管飞行时间、超声波等。

各种各样的信号或载波可以用来应用飞行时间原则，最常见的是声和光。声音主要用于超声波传感器或雷达。

主动光学飞行时间是一种遥感方法，通过用光源照亮一个对象，并通过测量从发射器到对象和返回到接收器的旅行时间，来估计传感器和目标对象之间的距离。

对于光载波，目前有两种可用的技术:基于脉冲光的直接ToF和基于连续波调制的间接ToF。

Terabee独特的飞行时间传感技术

Terabee成立于2012年，现已发展成为一个由传感领域顶尖专家组成的多元化组织。作为欧洲核子研究中心(CERN)的认证技术合作伙伴，他们为机器人到工业4.0、物联网应用等尖端领域提供广泛的传感器模块和解决方案。

在Terabee，他们使用光作为传感器的载体，结合更高的更新速度、更长的续航里程、更轻的重量和对眼睛的安全保障。通过将发射出的红外光调整到特定的波长，同时确保更少的信号干扰和更容易地区别于自然环境光，从而在给定尺寸和重量的情况下，获得性能最佳的距离传感器。

Terabee ToF传感器模块利用红外发光二极管，既安全又节能，比激光视野更开阔，每像素检测面积更大。Terabee的单个2D红外传感器具有2到3°的视场(FoV)，这为在许多应用中改进结果的一致性提供了更稳定的数据流。

多年来，Terabee已经掌握了间接ToF技术的传感器模块产品。通过内部研发、产品开发、生产和物流部门，Terabee已经成功地推动了这一技术的边界应用，以提高精度、更大的范围和更小的尺寸，以具有竞争力的价格为客户提供巨大的价值。

Terabee还提供多方向传感器模块阵列，结合多个ToF传感器的功能，实时监测多个方向的同时，特别适用于短程防撞应用。他们独特的集线器具有不同的工作模式，以避免串扰问题，并将数据从多达8个传感器传输到一台机器。

两张图看懂红外测距工作原理

导语： 各种测距方法很多，目前应用较多的主要有PSD测距法、超声时间法、带运动机构的双像比较法和反射能量法。

PSD测距法

利用三角测距原理，用一种称之为位置敏感器件（Position Sensitive Device）的PSD元件来获得两路输出信号，根据这两路信号来获得物体的距离量值。

超声时间法

测量一束超声波从发射到反射回仪器的时间来判断被测距离。

带运动机构的双像比较法

这种方法比较复杂，系统中有两套光路对被测物体成像，其中一套光路是经过可运动的反光镜获得的，接收系统及时比较两套光路来的图像，当二者一致时，就可根据可运动反光镜的位置来获得物体的距离信息。

反射能量法

仪器发射一束光（通常是近红外光）照射到被测物体表面，仪器同时接收被测物体的反射光能量，根据接收到的反射光能量来判断被测物体的距离。在红外测距系统中就是采用反射能量法。

红外传感器的测距基本原理为红外发射电路的红外发光管发出红外光，经障碍物反射后，由红外接收电路的光敏接收管接收前方物体反射光，据此判断前方是否有障碍物。根据反射光的强弱可以判断物体的距离，因为接收管接收的光强是随反射物体的距离变化而变化的，因而，距离近则反射光强，距离远则反射光弱。

因为红外线是介于可见光和微波之间的一种电磁波，因此，它不仅具有可见光直线传播、反射、折射等特性，还具有微波的某些特性，如较强的穿透能力和能贯穿某些不透明物质等。红外传感器包括红外发射器件和红外接收器件。自然界的所有物体只要温度高于绝对零度都会辐射红外线，因而，红外传感器须具有更强的发射和接收能力。

红外发射管发出的光束，遇到障碍物反射回来，落在PSD上，构成了一个等腰三角形，借助于PSD可以测得三角形的底，而两个底是固定的，由发射管确定，此时便可以通过底边推算出高，即我们所测的距离。这个实际距离如何得到呢？下面我们来进行详细介绍。

下图为GP2D12红外线测距传感器的电压值与距离值的关系曲线，从这个曲线可以看出，电压输出与距离成反比，而且是非线性关系。

根据上图关系曲线，大约10cm距离时有2.55V输出，80cm距离时有0.42V输出。可以通过该曲线拟合出电压值与距离值的数学关系式，但是这个关系式里的距离是参考距离值，实际距离值=（参考距离值-0.42）cm。另外，由M128的ADC模拟通道采样传感器的信息，采样的数据范围是0~1023，对应的电压范围是0~5V，每格数据代表0.004 9V，于是读取的有效数据应该由86（0.42V）~520（2.548V）。所以最终可以推导出实际距离与采样数据之间的关系式为：

实际距离=2 547.8/（（float）采样数据×0.49-10.41）-0.42

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