Distanzsensoren, Laser Distanzsensoren günstig kaufen

Q: Lassen sich auch Distanzen zu bewegten Objekten messen?

Mit einem Laser-Distanzsensor ist es durchaus möglich, den Abstand zu einem sich bewegenden Ziel zu messen. Dies hängt jedoch von der Geschwindigkeit des Ziels ab. Der Laser-Distanzsensor muss mehrere Neuberechnungen durchführen, um eine brauchbare Genauigkeit sicherzustellen. Aus diesem Grund ist die gemessene Entfernung in der Regel der Mittelwert zwischen dem Beginn und dem Ende des Messvorgangs.

Ratgeber

Abstandssensoren und Distanzsensoren

Wie weit ist dieser oder jener Gegenstand wohl entfernt? Eine Frage, die viele von uns tagtäglich begleitet. Beispielsweise beim Einparken. Zum Glück gibt es einige hervorragend funktionierende und zugleich preiswerte Sensoren zum Feststellen von Abständen.

Wie diese funktionieren und worauf bei der Beschaffung zu achten ist, das erfahren Sie in diesem Ratgeber.

Was sind Abstandssensoren?
Wie funktionieren Abstandssensoren?
Auswahlkriterien für die Beschaffung von Distanzsensoren
FAQ – häufig gestellte Fragen

Was sind Abstandssensoren?

Ein Abstandssensor ist ein Messgerät zum Ermitteln des Abstands zwischen einem Referenzpunkt und einem gewünschten Gegenstand. Dazu lassen sich verschiedene Technologien einsetzen. Die Auswahl ist abhängig von der konstruktiven Anwendbarkeit des Sensors und der gewünschten Genauigkeit.

Im industriellen Bereich dienen Abstandssensoren häufig zur genauen Vermessung eines Produkts, um so mögliche Herstellungsfehler zu erkennen. Sie überprüfen Füllstände, messen Stapel- und Objekthöhen, erfassen kleine Objekte auf große Entfernungen, bestimmen Positionen von Flurförderfahrzeugen, Hebebühnen oder Hubtischen. Die Messbereiche liegen je nach Gerätetyp bei wenigen Millimetern bis hin zu mehreren hundert Metern. Anwender von Distanzsensoren sind beispielsweise Hersteller von Mess- und Prüfanlagen sowie Förder- und Logistiksystemen für eine Vielzahl von Branchen.

Autonom fahrende Autos beispielsweise verwenden mehrere Abstandssensoren, um rundherum Hindernis zu erkennen und das Fahrzeug entsprechend zu lenken. Abstandssensoren sind aber auch in Robotern im Einsatz. Hier überwachen sie die Umgebung und vermeiden so Stöße und Stürze.

Wie funktionieren Abstandssensoren?

Grundsätzlich stehen drei Verfahren zur Verfügung:

• die Zeit, die ein Signal benötigt, um zurückzukehren

• die Intensität des zurückkehrenden Signals

• die Phasenänderung des zurückkehrenden Signals

Der Ultraschallsensor ist wohl der gebräuchlichste Sensor zur Abstandsmessung. Er wird auch als Sonarsensor bezeichnet. Der Ultraschallsensor erkennt die Entfernung zu Gegenständen, indem er hochfrequente Schallwellen jenseits der Hörschwelle über einen winzigen „Lautsprecher“ aussendet und die Reflexion mit einem Mikrofon empfängt.

Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Schallwellen in der Luft bekannt ist – sie liegt bei etwa 340 Meter pro Sekunde – lässt sich aus dem verzögerten Empfang der Wellen die Entfernung zum anvisierten Objekt berechnen.
Ebenso gebräuchlich wie Ultraschallsensoren sind IR-Distanzsensoren. Sie nutzen infrarotes Licht zur Abstandsmessung. Die Funktion entspricht prinzipiell der des Schallwellen-Sensors, statt des Lautsprechers wird aber eine IR-LED verwendet, als Empfänger ein für infrarotes Licht empfindlicher Fotodetektor.

Gemessen wird nach dem Prinzip der Triangulation: Der Lichtstrahl wird vom Objekt in einem bestimmten Winkel reflektiert und erreicht den Fotodetektor ebenfalls in einem bestimmten Winkel. Aus den beiden Werten errechnet der Sensor die Entfernung.
Distanzsensoren dieses Typs werden auch als Time-of-Flight-Sensoren bezeichnet. Sie messen die Zeit, die von der Aussendung eines von der LED emittierten Lichtimpulses bis zu dem Moment vergeht, in dem der Impuls nach der Reflexion an einem Objekt zum Sensor zurückkehrt.

Das Prinzip ähnelt demnach dem Ultraschallsensor, verwendet allerdings die Lichtgeschwindigkeit von knapp 300.000 Kilometern pro Sekunde als Messbasis. Die meisten Time-of-Flight-Messgeräte arbeiten heute als Laser-Distanzsensoren und erreichen auch bei größerem Abstand zum Ziel akzeptable Genauigkeiten.
Das Prinzip der Phasenverschiebung bietet sich vor allem bei der Messung größerer Abstände an. Der Sensor ermittelt die Entfernung eines Objekts anhand der Phasenverschiebung – dem unterschiedlichen Nulldurchgang von zwei periodengleichen Sinuswellen – zwischen einem vom Objekt reflektierten Lichtstrahl und einem Referenzlichtstrahl.

Lichtquelle ist auch hier eine Laserdiode. Ihr Strahl durchläuft einen halbdurchlässigen Spiegel und teilt sich dabei in einen Messlichtstrahl und einen Referenzlichtstrahl.

Der Messlichtstrahl wird von der Oberfläche des Messobjekts reflektiert, über eine Optik auf das Empfangselement geführt und mit dem Referenzlichtstrahl verglichen. Durch die Lichtlaufzeit des Messlichtstrahls ergibt sich eine Phasenverschiebung zum direkt auf den Empfänger gerichteten Referenzlichtstrahl.

Aus der Differenz lässt sich die Entfernung des Objekts berechnen.

Auswahlkriterien für die Beschaffung von Distanzsensoren

Wichtigstes Kriterium für die Auswahl ist der geplante Einsatzzweck. Geht es um die Messung kurzer Distanzen unterhalb von 100 Zentimetern in staubfreien und lärmarmen Innenräumen sowie bei relativ großen Objekten, reichen schon vielfach preisgünstige Ultraschallsensoren.

Für größere Abstände bis etwa 600 Zentimetern im Freifeld sind Infrarot-Abstandssensoren sehr gut geeignet. Sie nutzen das Triangulationsprinzip und verfügen in der Regel über einen integriertem PSD-Chip. Dieses Bauelement ist in der Lage, über eine großflächige Fotodiode die genaue Position und damit den Winkel von empfangenen Lichtpunkten zu ermitteln. Typische Anwendungsbeispiele sind Händetrockner, Einparkhilfen am Auto, Toilettenspülungen, Türöffner, Alarmanlagen und Wasseraufbereitungsanlagen. Kommt es auf genaue Messergebnisse bei großen Distanzen an, gehören Abstandssensoren mit Ermittlung der Phasenverschiebung ebenso zur ersten Wahl wie Laser-Distanzsensoren.

FAQ – häufig gestellte Fragen

Lassen sich auch Distanzen zu bewegten Objekten messen?

Mit einem Laser-Distanzsensor ist es durchaus möglich, den Abstand zu einem sich bewegenden Ziel zu messen. Dies hängt jedoch von der Geschwindigkeit des Ziels ab. Der Laser-Distanzsensor muss mehrere Neuberechnungen durchführen, um eine brauchbare Genauigkeit sicherzustellen. Aus diesem Grund ist die gemessene Entfernung in der Regel der Mittelwert zwischen dem Beginn und dem Ende des Messvorgangs.

Wie weit reichen Messungen mit Ultraschall?

Die maximale Reichweite fortschrittlicher Ultraschall-Abstandssensoren beträgt rund 15 Meter und variiert je nach Modell. Die Entfernung, in der ein Gegenstand erkannt wird, hängt von seiner Größe, Form und Ausrichtung ab. Im Allgemeinen muss das Ziel relativ groß sein sein, um ein ausreichend starkes Ultraschallecho zum Sensor zurückwerfen.

Große, flache Ziele, wie zum Beispiel die Flüssigkeitsoberfläche in einem Tank, werden meist sehr gut erkannt. Gekrümmte Objekte oder schallabsorbierende Materialien wie Gewebe oder Vliesstoffe reflektieren dagegen erheblich weniger Energie. Körnige Materialien können aufgrund von Oberflächenvariationen oder Schüttwinkeln Schall absorbieren oder Schallenergie vom Sensor ablenken. Die maximale Reichweite des Sensors ist für diese Ziele zwingend herabzusetzen.