¿Qué es un Sensor de Medición de Distancia?
Los sensores de distancia son dispositivos diseñados para medir distancias.
En la actualidad, han cobrado gran relevancia en aplicaciones como la conducción automatizada de vehículos, maquinaria industrial y sistemas avanzados de seguridad que buscan prevenir colisiones al detectar objetos cercanos. Estos sensores se clasifican en tres tipos principales: ópticos (LiDAR), de ondas milimétricas y ultrasónicos.
La mayoría de los sensores utilizan un mecanismo conocido como TOF (Time of Flight), por el que se envía una señal para cada método y se mide la distancia desde el momento en que se recibe la señal de vuelta del objeto que se está midiendo.
Usos de los Sensores de Medición de Distancia
El uso de sensores de medición de distancia depende del método. Entre los cuales se tienen:
1. Método LiDAR
El método LiDAR es un método de alta resolución y, por tanto, de gran precisión en el reconocimiento de la posición y la forma. Se utiliza en operaciones automáticas en las que se acopla a una aeronave o un dron para medir la forma tridimensional del terreno y se emplea para el reconocimiento de la forma de los objetos situados delante de él.
También se utiliza en dispositivos de seguridad que permiten a los vehículos de guiado automático reconocer la distancia a los obstáculos, y en dispositivos que reconocen la forma y las dimensiones de los productos para su clasificación automática.
2. Sistemas de Ondas Milimétricas
Los sistemas de ondas milimétricas tienen una distancia de medición relativamente grande y son resistentes a los cambios ambientales. Se utilizan en sensores de movimiento que detectan objetos en movimiento, como personas, dentro de un rango limitado, y en aplicaciones de seguridad.
También se utiliza en el control de crucero adaptativo y en el frenado anticolisión para facilitar el manejo del vehículo. Los monitores de ángulo muerto, que detectan objetos que se acercan por detrás y proporcionan asistencia para el cambio de carril en autopistas, también se basan en este sistema.
3. Sistemas Ultrasónicos
El sistema ultrasónico es un sistema de bajo costo. Sin embargo, la distancia de detección es inferior a la de otros métodos, en torno a los 10 m.
Como puede introducirse a bajo coste, es adecuado para su uso en sensores de movimiento que encienden las luces cuando se acerca una persona, y para detectar mercancías en cintas transportadoras. También se utilizan para detectar obstáculos al aparcar vehículos.
4. Cámaras Estereoscópicas
Las cámaras estereoscópicas también pueden clasificarse como sensores de medición de distancia, ya que pueden calcular distancias a partir de imágenes. Combinadas con los sensores de medición de distancia por onda milimétrica, que son excelentes para medir distancias, se utilizan a veces en sistemas de asistencia al conductor de vehículos que utilizan imágenes junto con la distancia para tomar decisiones.
Principio de los Sensores de Medición de Distancia
Muchos sensores utilizan un mecanismo denominado TOF (en inglés: Time of Flight). Para cada método se envía una señal y la distancia se mide a partir del momento en que se recibe la señal reflejada del objeto que se está midiendo.
1. Método LiDAR
Los sistemas LiDAR utilizan luz láser, que puede ser luz visible, ultravioleta e infrarroja cercana. La distancia se calcula transmitiendo un haz láser de señales pulsadas y detectando el tiempo que tarda en recibirse la luz reflejada del objeto que se está midiendo.
Tiene una gran resolución, puede detectar incluso objetos pequeños y se caracteriza por una gran precisión de ± unos milímetros. En cambio, no es adecuado para medir objetos a través de los cuales penetra la luz o en entornos polvorientos. Tampoco es adecuado para medir en lugares donde las condiciones de luz cambian de forma compleja.
2. Método de Ondas Milimétricas
Los métodos de ondas milimétricas utilizan ondas electromagnéticas que corresponden a ondas milimétricas. Los sistemas de ondas milimétricas pueden dividirse en sistemas de impulsos y sistemas FMCW. El método por impulsos transmite ondas de radio por impulsos y calcula la distancia detectando el tiempo que tardan en recibirse las ondas de radio reflejadas del objeto que se está midiendo.
El método FMCW transmite ondas de radio de frecuencia variable en el tiempo y calcula la distancia a partir de la frecuencia de batido (diferencia de frecuencia) generada por la interferencia entre las señales transmitidas y reflejadas. Los sistemas de ondas milimétricas pueden medir grandes distancias, tienen una precisión de ±0,1 mm y son resistentes a ambientes luminosos y polvorientos.
Sin embargo, no es adecuado para materiales que absorben fácilmente las ondas de radio, concretamente plásticos, ropa y materiales no metálicos.
3. Método Ultrasónico
En el método ultrasónico, se transmiten ondas ultrasónicas pulsadas y la distancia se calcula detectando el tiempo que tardan en recibirse las ondas ultrasónicas reflejadas del objeto medido. Las ventajas de este método son su bajo coste de introducción y que puede utilizarse en líquidos y sólidos, así como en el espacio.
Sin embargo, los inconvenientes son que la distancia medible es corta, de unos 10 m, y que sólo pueden medirse objetos de cierto tamaño. Además, las ondas sonoras no son adecuadas para materiales que absorben el sonido y no sirven para medir esponjas y materiales espumosos.
4. Cámaras Estereoscópicas
Las cámaras estereoscópicas utilizan dos cámaras para fotografiar el objeto a medir y adquirir información posicional. El sistema utiliza la medición de tres puntos basándose en la información posicional de las dos cámaras y la distancia de instalación de la cámara para detectar la distancia al objeto medido.
Las cámaras estereoscópicas tienen la desventaja combinada de que es difícil recoger datos de imagen en carreteras oscuras y la precisión de la detección se reduce a contraluz.
Más Información sobre los Sensores de Medición de Distancia
Ejemplos Conocidos de Aplicación de Sensores de Medición de Distancia
Los sensores ToF se utilizan en sensores de medición de distancia montados en smartphones. La información sobre la distancia medida se utiliza para mejorar la precisión de la función de autoenfoque de las cámaras de los smartphones.
Esto permite calcular la distancia entre el sujeto y la cámara con un alto grado de precisión, incluso en entornos que antes eran difíciles de enfocar, y ha mejorado significativamente el rendimiento de la función de autoenfoque. Es posible medir la distancia entre la cámara y cualquier parte de la imagen, y se espera que permita procesar como datos 3D imágenes de cámara que antes sólo se capturaban en 2D.
La aplicación de esta tecnología mejorará enormemente la precisión del reconocimiento de objetos en imágenes, y hay grandes esperanzas puestas en su adaptación a los campos de la realidad virtual (tecnología VR) y la realidad aumentada (tecnología AR).