Sensores de Distancia Explicados: Tipos, Usos y Cómo Elegir el Adecuado

Existen muchos sensores de distancia: IR, láser, ultrasónicos, LED time-of-flight (TOF), etc. Por tanto, seleccionar uno para tu proyecto puede ser un desafío.

El artículo de hoy examina varios sensores de distancia, sus aplicaciones, ventajas y desventajas. Empecemos.

¿Qué es un Sensor de Distancia?

Fig 1: Sensor Infrarrojo Montado

Un sensor de distancia es un dispositivo electrónico que mide la distancia entre dos objetos sin contacto físico.

Por tanto, ofrece una medición rápida y precisa, posicionamiento y rango de objetos.

¿Cómo Funcionan los Sensores de Distancia?

Fig 2: Funcionamiento de un Sensor Ultrasónico

Todos los sensores de distancia tienen el mismo principio de operación independientemente de la tecnología involucrada.

Si quieres medir la distancia entre dos puntos, así funciona tu sensor de distancia:

• Primero, un transmisor del sensor envía una señal hacia el objeto.
• Consecuentemente, la señal se refleja/recupera al golpear el objeto.
• El receptor del sensor recibe la señal reflejada.
• Calcula el retardo desde que la señal se transmitió y se recibió.
• Finalmente, usa el retardo para calcular la distancia entre sí mismo y el objeto.

El retardo medido puede ser de las siguientes formas:

• Cambio de fase de la señal de retorno
• Intensidad de la señal de retorno
• Retardo de tiempo entre transmisión y recepción de la señal

¿Cuáles son los Tipos de Sensores de Distancia?

Sensor de Distancia Ultrasónico

Fig 3: Primer Plano de un Helicóptero Drone

El sensor de distancia ultrasónico se basa en ondas sonoras de alta frecuencia/sonar para medir la distancia a un objeto.

Así es como funciona:

• El sensor ultrasónico envía ondas sonoras de alta frecuencia hacia un objeto/obstáculo.
• Al mismo tiempo, se inicia un temporizador y, como un eco, las ondas rebotan hacia el receptor del sensor.
• Consecuentemente, el temporizador se detiene inmediatamente tras recibir la señal reflejada.
• Finalmente, calcula la distancia entre los objetos contrastando el tiempo de viaje de la señal contra la velocidad del sonido.

Sensores de Distancia Infrarrojos

Este módulo sensor usa el principio de triangulación o medición de la distancia entre dos objetos usando el ángulo de reflexión.

Así es como funciona:

• Emite una señal de luz infrarroja a través de un emisor LED y recibe la señal reflejada en su lente de fotodetector sensible a la posición (PSD).
• Finalmente, el sensor PSD determina la distancia del objeto reflectante usando el ángulo de reflexión.

Sensores de Distancia Láser (LiDAR)

Fig 4: Coche Eléctrico Autónomo Mostrando Uso de LiDAR y Sensores de Seguridad

La Detección y Telémetría por Luz (LiDAR) es un sensor de distancia láser que funciona así:

Primero, el transmisor emite luz láser hacia el objeto/obstáculo. El objeto refleja la señal/pulso hacia el receptor del LiDAR.

Y finalmente, el sensor calcula la distancia entre los dos objetos usando la relación entre la velocidad de la luz y el tiempo.

Sensores de Distancia LED Time-Of-Flight

Los sensores Time-of-flight (TOF) miden distancias determinando el tiempo que tarda una onda en viajar desde el transmisor y volver.

Consecuentemente, usa la relación entre la velocidad de la luz en el aire y el tiempo de vuelo de la señal para obtener la distancia.

Por tanto, puede producir imágenes 3D X, Y y Z usando datos de una sola captura.

Ventajas: Alta precisión, Puede identificar objetos grandes, Soporta imagen 3D

Desventajas: Caro, Mala resolución en profundidad Z

Aplicaciones: Robótica y drones, Visión artificial, Aplicaciones industriales, Conteo

Sensor de Distancia Sonar

Tiene el mismo principio de funcionamiento que los sensores ultrasónicos pero destaca bajo el agua. Para tu información, hay dos tipos de sensores sonar: pasivo y activo.

• Primero, los sensores sonar activos emiten una señal y determinan la distancia al recibir la señal reflejada.
• Por otro lado, los sonares pasivos carecen de transmisor y solo reciben señal de otro objeto.

Aplicaciones: Control de bucle, Detección de personas y submarinos, Control de altura de apilamiento

Sensor de Distancia de Corto Alcance

Fig 5: El Robot Aspiradora Aspira el Suelo en el Apartamento

Los sensores de distancia de corto alcance miden distancias entre objetos cercanos. Son sensores de alta resolución y pueden tener un rango mínimo de 1 mm a 2000 mm o más.

Ventajas: Bajo consumo de voltaje de operación, Bajo costo, y preciso

Aplicaciones: Detección de personas y medición de rango de precisión, Control de luces, Aspiradoras robot

Sensor de Distancia de Largo Alcance

Los sensores de largo alcance usan principios de time-of-flight pulsado para medir distancias de hasta 300 metros.

Ventajas: Mayor alcance, Altamente versátil, y tasas de muestreo

Desventajas: Caro

Aplicaciones: Confirmación de carga y posicionamiento de madera, Monitoreo de grúas, Medición de niveles de llenado, velocidad y altitudes

Comparativa de Sensores de Distancia

Idoneidad para Detección de Largo Alcance

Los sensores LiDAR y TOF son idóneos para detección de largo alcance, mientras que los ultrasónicos e IR no lo son.

Alta Frecuencia de Lectura

Los sensores LiDAR y TOF tienen alta frecuencia de lectura. En cambio, los ultrasónicos e IR no.

Coste

Los sensores ultrasónicos e IR son baratos comparados con LiDAR y TOF. Además, LiDAR es el más caro de los cuatro sensores.

Idoneidad para Objetos Complejos

Los sensores LiDAR, IR y TOF tienen excelente idoneidad para objetos complejos. Sin embargo, los ultrasónicos solo sirven para objetos simples.

Sensibilidad a Condiciones Externas

Los sensores LiDAR, IR y TOF son sensibles a condiciones externas, a diferencia de los ultrasónicos, que no lo son.

Compatible con Imagen 3D

Los sensores LiDAR y TOF son compatibles con imagen 3D, mientras que los ultrasónicos e IR no lo son.

Conclusión

Generalmente, los sensores de distancia tienen muchas aplicaciones en nuestra vida diaria. Si planeas usar uno en tu proyecto, considera coste, tamaño, idoneidad y durabilidad.

Finalmente, si tienes alguna área gris que necesite aclaración, contáctanos. Te responderemos lo antes posible.