Afstandsensoren

Afstandsensoren

Bas van Mierden Lucas van Rijsewijk

Trimester 3.2b 2003

Sensoren 2, project 2.2b

2

Inhoudsopgave 1 Inleiding ................................................................................. 3

1.1 Algemene doelstelling.................................................................3 1.2 Deeldoelstelling ..........................................................................3 1.3 Probleembeschrijving .................................................................3

2 Afstandsensoren ..................................................................... 4 2.1 Ultrasoon ....................................................................................5

2.1.1 Werkingsprincipe.....................................................................5 2.1.2 Uitvoeringsvormen ..................................................................6 2.1.3 Inventarisatie .........................................................................6 2.1.4 Toepasbaarheid.......................................................................7

2.2 Fotocellen ...................................................................................8 2.2.1 Werkingsprincipe.....................................................................8 2.2.2 Uitvoeringsvormen ..................................................................8 2.2.3 Inventarisatie .........................................................................8 2.2.4 Toepasbaarheid.......................................................................8

2.3 Laser...........................................................................................9 2.3.1 Werkingsprincipe.....................................................................9 2.3.2 Uitvoeringsvormen ..................................................................9 2.3.3 Inventarisatie ....................................................................... 10 2.3.4 Toepasbaarheid..................................................................... 11

2.4 Radar ........................................................................................12 2.4.1 Werkingsprincipe................................................................... 12 2.4.2 Uitvoeringsvormen ................................................................ 12 2.4.3 Inventarisatie ....................................................................... 13 2.4.4 Toepasbaarheid..................................................................... 13

2.5 Conclusies.................................................................................13 3 Tests met de ultrasoon en lasersensor.................................. 14

3.1 Ultrasoon ..................................................................................14 3.2 Laser.........................................................................................17 3.3 Conclusies.................................................................................20


3

1 Inleiding 1.1 Algemene doelstelling Het autonoom laten bewegen van de bestaande Spinewalker binnen een beperkte ruimte waarbij het ‘zicht’ van de Spinewalker (minimaal) enkele meters is en zich niet alleen beperkt tot de voorzijde. 1.2 Deeldoelstelling Het inventariseren van mogelijk te gebruiken sensoren (beperkt tot: ultrasoon, infrarood, laser en radar). De uitkomst van deze inventarisatie bestaat uit producten waarvan leverancier, specificaties, prijs, eventuele bestaande toepassingen die illustratief zijn voor ons probleem en korte beschrijving hoe bruikbaar de sensor is voor onze toepassing. De beste opties worden in het tweede deel van het project getest, zodat kennis wordt vergaard over de betreffende sensoren, wat uiteindelijk de keuze voor een afstandsensor op het HAL-object mogelijk maakt. 1.3 Probleembeschrijving De Spinewalker moet autonoom door een ruimte kunnen lopen en hierbij interactie hebben met de mensen die zich in deze ruimte bevinden. Het is dus van belang dat er sensoren worden onderzocht die bewegende objecten (mensen) en stilstaande objecten (pilaren/muren) kunnen waarnemen binnen een straal van enkele meters en tevens de positie en afstand kunnen bepalen van een object.


4

2 Afstandsensoren Om de afstand van de Spinewalker tot een voorwerp te kunnen bepalen zijn een aantal werkingsprincipes voor sensoren mogelijk. De volgende inventarisatie is beperkt tot twee categorieën afstandsensoren: de akoestische- en de stralingsensoren. Zoals de naam al aangeeft maken de akoestische sensoren gebruik van geluid en daarmee gepaard de geluidssnelheid, terwijl de stralingsensoren gebruik maken van licht en de lichtsnelheid. In fig. 1.2 is een overzicht gegeven van de onderzochte categorieën sensoren: In de volgende paragrafen worden de verschillende opties per soort sensor gepresenteerd. De gegevens van deze inventarisatie zijn verworven via internet en gesprekken met leveranciers. Als criterium is een meetbereik van 5 meter aangehouden, wat inhoud dat sensoren met een kleiner meetbereik bij voorbaat zijn afgevallen.

Straling sensoren

Akoestische sensoren

Radar

Laser

Fotocellen

Ultrasoon

Afstandsensoren

Fig.1.2: Categorieën sensoren


5

2.1 Ultrasoon 2.1.1 Werkingsprincipe Ultrasonoor sensoren zenden korte, hoogfrequente geluidsimpulsen gemoduleerd uit. Deze geluidsgolven bewegen met de geluidssnelheid en worden door obstakels als echosignaal teruggestuurd naar een ontvanger, waarna de afstand tot een voorwerp kan worden berekend. De afstand wordt berekend met de tijdsduur tussen het versturen van het signaal en het ontvangen van de echo. Ultrasoon is het deel van het geluidsspectrum dat buiten het bereik van een menselijk gehoorveld valt; de frequenties zijn te hoog voor een mens om waar te nemen en hebben waarden boven de 20 kHz. Om een ultrasoon geluid op te wekken wordt gebruik gemaakt van piëzoëlektrische kristallen. Door op deze kristallen een frequentie tussen de 0,5 en 20 MHz aan te brengen vervormt het kristal en ontstaat een ultrasoon geluidssignaal De waarde van de geluidssnelheid is voornamelijk afhankelijk van de temperatuur, zodat vele typen ultrasoonsensoren gebruik maken van interne temperatuurcompensatie, zodat het gemeten signaal voor de gebruiker onafhankelijk is van de temperatuur.


6

Tabel1: Inventarisatie ultrasoonsensoren

De geluidsimpuls van de ultrasoonsensor wordt vanuit de opening in alle richtingen uitgestoten. Op deze manier ontstaat de voor deze sensor kenmerkende detectiekegel, zie fig. 1.2 Hiernaast is een dergelijke kegel schematisch afgebeeld, met willekeurige afmetingen. Interessant is de projectie van de detectiekegel, omdat op deze manier een 2-D grafische voorstelling wordt verkregen van het meetbereik en de nauwkeurigheid van de sensor op verschillende afstanden. Algemeen is de sensor in het lichte gedeelte van de projectie het nauwkeurigst, terwijl het donkere deel van de projectie een maat is voor de maximale detectieafstand. 2.1.2 Uitvoeringsvormen De uitvoeringsvorm die interessant is voor het HAL-object is een sensor die bestaat uit één deel, wat inhoud dat de impulsgenerator en de ontvanger geïntegreerd zijn in één behuizing. Toepassingen voor dergelijke sensoren zijn: volloopsnelheden en niveaumetingen in vaten, eindschakelaars voor bovenloopkranen en onderlinge afstandhouding tussen twee voertuigen op een rail.

In fig. 1.3 zijn voorbeelden van deze categorie sensoren te zien. 2.1.3 Inventarisatie De volgende sensoren komen in aanmerking voor gebruik in het HAL-object, waarbij de kanttekening moet worden geplaatst dat er vele leveranciers met vergelijkbare specificaties zijn:

Firmanaam Type Range Prijs

Sensor Partners B.V.

mic-601/D/HV/M30 mic-601/DD/HV/M30 mic-601/IU/HV/M30

800-6000mm ca. € 400,-/st.

Hydepark SM900 8000mm € 350-400,-/st.

Turck RUC600-M3065-RP8X-H1141 60-6000mm ca. € 400,-/st.

Nieuwkoop PTU05 300-

5000mm € 350,- ex.BTW

Fig.1.2: Detectiekegel

Fig.1.3: Ultrasoonsensoren


7

2.1.4 Toepasbaarheid De sensor MIC 601 van de firma Sensorpartners B.V. is de enige sensor waarvan èn een gedetailleerd datablad èn een bereik van ruim 5 meter kan worden verkregen, zie bijlage 1. en fig. 1.4. De sensor heeft een analoge output die lineair evenredig is met de gedetecteerde afstand. De output varieert tussen 4 en 20 mA of tussen 0 en 10V De schakelfrequentie van de schakelaar is 2 Hz, zodat elke 0.5 sec een afstandmeting kan worden verricht. De ultrasoon is waarschijnlijk goed bruikbaar als afstandmeter op de Spinewalker, de mogelijkheden van dit type sensor worden verder onderzocht en verderop in dit verslag gepresenteerd.

Fig.1.4: Detectiekegel MIC 601


8

Tabel2: Inventarisatie fotocellen

2.2 Fotocellen 2.2.1 Werkingsprincipe Fotocellen doen waarnemingen d.m.v. lichtbundels. Bij het ontvangen of onderbreken van een lichtbundel detecteren deze sensoren bijvoorbeeld een product op een lopende band. Fotocellen hebben een zeer groot meetbereik, met waarneemafstanden tot 100 meter. Toch werken de meeste fotocellen optimaal op een afstand tot 4 meter. Als een lichtbundel een kleine afstand moet overbruggen en een korte golflengte heeft, heeft deze een hoge resolutie. Lichtbundels kunnen door de weerkaatsing van licht door een bepaald voorwerp, bijvoorbeeld gekleurd glas, van kleur veranderen. Met deze combinatie van licht en kleur zijn sommige fotocellen zo gemaakt dat ze ook kleuren kunnen herkennen. Wanneer een sterk licht van buitenaf op de sensor valt, bijvoorbeeld fel zonlicht of licht van andere sterke lampen, kan de sensor ontregeld raken of in het ergste geval beschadigen. 2.2.2 Uitvoeringsvormen De uitvoeringsvorm die interessant is voor het HAL-object is wederom de uitvoeringsvorm waarin zender en ontvanger zijn geïntegreerd tot een sensor die uit één deel bestaat, zoals te zien is in fig. 1.5. 2.2.3 Inventarisatie De volgende sensor komt in aanmerking voor gebruik in het HAL-object:

2.2.4 Toepasbaarheid Uit gesprekken met leveranciers is gebleken dat een fotocel zeer onwaarschijnlijk in staat is mensen te detecteren op en afstand van 5 meter. Reden hiervoor is het feit dat optische sensoren voor te stellen zijn als zaklampen. De bundel licht die wordt uitgezonden is voor te stellen als die van een zaklamp, de geprojecteerde vlek wordt groter naarmate de afstand tot de zaklamp groter wordt en de intensiteit daarmee lager. Om voldoende signaal terug te krijgen in de sensor moet de sensor erg sterk licht uitzenden en blijft hierbij afhankelijk van omgevingslicht, materiaal en kleur.

Firmanaam Type Range Prijs

Turck MI-AD9-LV 5000mm -

Fig.1.5: MI-AD9-LV schematisch


9

2.3 Laser 2.3.1 Werkingsprincipe De term laser is een afkorting voor Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Het zijn dus lichtbronnen gebaseerd op gestimuleerde emissie. Alle lasers produceren een intense straal licht die monochromatisch, coherent en zeer sterk gebundeld is. De golflengte (bepalend voor de kleur) van de laser is extreem puur (monochromatisch) als je deze vergelijkt met andere lichtbronnen, en alle fotonen (energie) die de laserstraal vormen hebben een vaste faserelatie ten opzichte van elkaar. Dit zorgt ervoor dat het licht een zeer compacte straal vormt die grote afstanden kan overbruggen of kan worden gefocust tot een zeer klein punt dat vergelijkbaar is met de intensiteit van een zonnestraal. Vanwege deze eigenschappen heeft de laser een zeer groot toepassingsgebied. Als de laser gebruikt wordt als meetinstrument om afstanden te meten gebeurt dit aan de hand van een “Time-of-flight” meting. Dit houdt in dat de tijd wordt gemeten die de laser nodig heeft om zich van zender naar doelwit en van doelwit naar ontvanger te verplaatsen. Daarnaast maken laser-scanners het mogelijk deze afstand te koppelen aan een hoekverdraaiing waardoor een polaire coördinaten positie ontstaat. 2.3.2 Uitvoeringsvormen Twee uitvoeringsvormen zijn interessant voor het HAL-object, voor beide uitvoeringsvormen is de zender en de ontvanger geïntegreerd in één sensor. De eerste uitvoeringsvorm is een laser uitgevoerd als een fotocel, de sensor meet lineair en kan de huidige fotocel op het HAL-object vervangen. De tweede uitvoeringsvorm combineert de eerste uitvoeringsvorm met een scanfuntie. Deze sensoren maken gebruik van een laser en een roterende spiegel, hierdoor wordt de laserstraal van richting veranderd en is het mogelijk een vlak te scannen. Met behulp software is vervolgens de data uit te lezen.


10

Tabel3: Inventarisatie lasers

Fig.1.6: Laserscanner firma Sick

Fig.1.7: Laserscanner firma Lase, wordt geleverd door firma AE Sensors BV

2.3.3 Inventarisatie De volgende sensoren komen in aanmerking voor gebruik in het HAL-object: Technische data LMS 200-30106 (fig. 1.6)

Fabrikant SICK

Prijs € 4784,-

Afstand 10% reflectie (mat zwart) 10m

Scannend bereik Max. 180°

Hoekresolutie (instelbaar) 0.25° 0.5° 1°

Reactietijd (afh. van hoekresolutie) 53ms 26ms 13ms

Afmetingen (b x l x h) 155 x 156 x 210 mm3

Technische data ELD LA (fig. 1.7)

Fabrikant AE Sensors BV (LASE)

Prijs € 6000,- (excl. BTW)

Afstand 1.8% reflectie 15m

Puls frequentie 14.400 Hz

Scannend bereik 360° met 10Hz

Hoekresolutie 0.25°

Afmetingen (b x l x h) 115 x 120,5 x 222 mm3

Technische data LADAR 2D OWS 6

Fabrikant AE Sensors BV (IBEO)

Prijs € 6000,- (excl. BTW)

Afstand 1.8% reflectie 6m

Scannend bereik 300° met 8Hz

Hoekresolutie 0.5°


11

Fig.1.8: Laser afstandmeter AE sensors

Fig.1.9: Laser afstandmeter firma Sick

Afstandsmeters op basis van laser: Technische data ELD P 10 NR S (fig.

1.8) Fabrikant AE Sensors

Afstand 1.8% reflectie • 20% Reflectie • 90% Reflectie

< 7½m

15m

Meettijd 1 ms

Technische data DME 3000-232

Fabrikant SICK

Afstand 10m

Nauwkeurigheid • 18% Reflectie • 90% Reflectie

±25mm ±5mm

Meettijd 1 ms

2.3.4 Toepasbaarheid De laser is waarschijnlijk goed bruikbaar als afstandmeter op de Spinewalker, de mogelijkheden van dit type sensor worden verder onderzocht en verderop in dit verslag gepresenteerd.


12

Fig.1.11: Output van een radarsysteem Fig.1.10: Scanner

2.4 Radar 2.4.1 Werkingsprincipe Radar staat voor RAdio Detection And Ranging. Met radar kan een peiling op een object worden uitgevoerd en daarbij kan de afstand van dat object ten opzichte van de eigen positie worden bepaald. Door een ronddraaiende antenne, de scanner (zie fig 1.10), worden zeer korte pulsen (0,05 tot 0,50ms) op een zeer hoge frequentie (9320 tot 9500 MHz) uitgezonden. Wanneer deze pulsen een object raken, worden ze teruggekaatst en door de antenne weer opgevangen en door de ontvanger verwerkt. Hoe verder het object dat de radarpulsen terugkaatst verwijderd is, des te langer het duurt voordat de radarpulsen weer ontvangen worden. De radar meet de zeer kleine tijdsintervallen tussen de uitgezonden en de ontvangen pulsen en zet deze om in een afstand. Door de zeer hoge snelheid van de radarpulsen kan de radar vele afstanden per seconde bepalen. Uit de Doppler frequentieverschuiving tussen het uitgezonden en het terugontvangen signaal is vervolgens de richting en de snelheid van een object te bepalen. Tijdens het uitzenden draait de radarantenne met een snelheid van ongeveer 24 à 30 omwentelingen per minuut om zijn as. Het bereik van radar is onder andere afhankelijk van;

• De pulslengte. Lange pulsen bezitten meer energie, hierdoor is het mogelijk om op grotere afstand objecten te detecteren. Het nadeel van lange pulsen is een lager onderscheidend vermogen (resolutie).

• Het zendvermogen van de radar. • De hoogte van de radarantenne. • De hoogte van het te detecteren object.

2.4.2 Uitvoeringsvormen Radars worden veel gebruikt in toepassingsgebieden in de buitenlucht. Door slechte (weers)omstandigheden zoals regen, mist, sneeuw, stof of duisternis is het toch mogelijk een goed beeld te krijgen van de gescande omgeving. Radars worden veel gebruikte binnen de scheepsvaart. Bij de meeste radarschermen is het middelpunt de eigen positie van het schip. Rond dat middelpunt verschijnen vlekken (echo's), die corresponderen met de objecten die door de radarpulsen zijn geraakt, zie fig. 1.11. Naast de bekende radar sensoren met draaiende onderdelen (zie onderstaan figuur) bestaat er ook een nieuwe variant radar genaamd de “Solid State radar”. In dit type radar zitten geen bewegende onderdelen. De mogelijkheden met dit soort radar wordt vandaag de dag onderzocht op een universiteit in Amerika.


13

2.4.3 Inventarisatie Helaas is voor de toepassing op het HAL-object geen geschikte radar gevonden. 2.4.4 Toepasbaarheid Radars worden vooral gebruikt in het leger, voor meteorologische doeleinden, scheepvaart en op kleinere schaal in de recreatieve watersport. Als toepassing voor het HAL-object is de radar geen optie gebleken, leveranciers van afstandsensoren hebben deze categorie sensoren niet in hun programma opgenomen en leveranciers voor radarsystemen leveren geen systemen die in de buurt komen van de gezochte specificaties. 2.5 Conclusies Van de vier onderzochte categorieën sensoren zijn de laser en de ultrasoonsensoren de meest levensvatbare voor een bereik van 5 meter. In de praktijk worden deze sensoren dan ook het meest gebruikt. Binnen de categorieën sensoren zijn er nog verschillende mogelijkheden, waarvan de beste zijn opgenomen in dit verslag. Bronnen Websites

1. www.turck.nl 2. www.aesensors.nl 3. www.sensorpartners.nl 4. www.mellesgriot.nl 5. www.siemens.nl 6. www.sick.com

Documentatie

1. Siemens 2. Sensorpartners 3. AE sensors 4. Turck B.V.


14

3 Tests met de ultrasoon en lasersensor De gekozen ultrasoon en laser sensor geven beide een outputsignaal tussen de 0 en 10Volt. De TueDACs die nodig zijn om het signaal in een computer te lezen kunnen maximaal een input verdragen tussen de –2.5 en 2.5Volt. Er is voor gekozen het outputsignaal van 10Volt terug te brengen tot 2.5Volt. Dit is gebeurt aan de hand van onderstaande schakeling (fig. 3.1). 3.1 Ultrasoon In onderstaande figuur 3.2a is het meetsignaal van de ultrasoon sensor te zien. Hierin is duidelijk zichtbaar dat er spraken is van een bijkomend ruissignaal. Om een filter te maken die deze ruissignalen kan filteren is een frequentiespectrum opgesteld van het oorspronkelijke signaal (fig. 3.2b).

Fig. 3.1 Schakelsysteem voor het inlezen van de sensorgegevens in een computer

10V0V

15000Ω

sensor

20V0V

TUeDAC computer

15000Ω 15000Ω 15000Ω

Fig. 3.2 a Meetsignaal van de ultrasoon sensor b Frequentiespectrum van het meetsignaal

Ste

rkte

[D

b]

Voltag

e [V

]

Tijd [s] Frequentie [Hz]a b


15

Na experimenteren is gekozen voor onderstaande filter eigenschappen, uit het Bode diagram is af te lezen dat frequenties boven de 100rad/s, ≈20Hz worden verzwakt. Het meetsignaal en het frequentiespectrum zien er met filter als volgt uit:

Fig. 3.4 a Meetsignaal van de ultrasoon sensor met filter b Frequentiespectrum van het meetsignaal met filter

Ste

rkte

[D

b]

Voltag

e [V

]

Tijd [s] Frequentie [Hz]a b

Fig. 3.3 Bode diagram van het filter

Ste

rkte

Fase

Frequentie (rad/s)


16

Met behulp van Matlab Simulink is het vervolgens mogelijk een grafische weergave te maken van het outputsignaal van de ultrasoon als functie van de tijd. De ultrasoon sensor is hiervoor op een hoogte geplaatst van 80cm wat overeenkomt met een zichtveld ter hoogte van je bovenbenen. In figuur 3.5a is te zien hoe een persoon van de sensor afloopt (stijgende lijn) en vervolgens naar de sensor toe loopt (dalende lijn). Hierbij worden enkele onzekerheden gemeten, in de vorm van pieken op de stijgende lijn. Op deze momenten ontvangt de sensor geen signaal terug en wordt derhalve de maximaal waarde doorgegeven. In figuur 3.5b is te zien hoe een persoon met hogere snelheid naar de sensor toe loopt. Bij hogere snelheden is duidelijk zichtbaar dat er betrekkelijk veel verkeerde meetsignalen worden getoond, echter de globale verplaatsing van de persoon is nog wel zichtbaar. In figuur 3.5c is te zien hoe een persoon schuin door het zichtveld van de sensor loopt. De persoon komt in het detectieveld van de sensor op een afstand van 1450mm en verlaat dit veld op een afstand van ongeveer 3300mm.

Fig. 3.5a Rustig lopen (4 km/u)

564mm

Voltag

e [V

]

Tijd [s]

6000mm

Fig. 3.5c Schuin door het zichtveld van de ultrasoon lopen (4km/u) Tijd [s]

Voltag

e [V

] 6000mm

1450mm

Fig. 3.5b Snel lopen (7 km/u)

Voltag

e [V

]

Tijd [s]

6000mm

564mm

3300mm


17

3.2 Laser In onderstaande figuur 3.6a is het meetsignaal van de laser sensor te zien. Hierin is duidelijk zichtbaar dat er spraken is van een bijkomend ruissignaal. Om een filter te maken die deze ruissignalen kan filteren is een frequentiespectrum opgesteld van het oorspronkelijke signaal (fig. 3.6b). Figuur 3.6b geeft vrijwel hetzelfde frequentiespectrum als het frequentiespectrum van de laser. Hieruit kan geconcludeerd worden dat de ruis in het signaal veroorzaakt wordt door de schakeling en de TUeDAC. Hierdoor is voor hetzelfde filter gekozen. Met behulp van Matlab Simulink is het vervolgens mogelijk een grafische weergave te maken van het outputsignaal van de laser als functie van de tijd. In onderstaande fig. 3.7 is met een witte plaat voor de laser bewogen.

a b c d e f

5000mm

300mm

Voltag

e [V

]

Tijd [s]

Fig. 3.7 Outputsignaal van de lasersensor, getest met een plaat (kleur: gebroken wit) a) Beweging naar de sensor op een afstand van 5m tot 30cm b) Beweging (met dezelfde snelheid) van de sensor af c) Snelle beweging van de plaat op een afstand van 5m met een halve armlengte amplitude d) Beweging naar de sensor met een snelle vibratie van de plaat e) Beweging van de sensor af [snelheid: e) < d)] met een snelle vibratie van de plaat f) Snel op en neer gaande beweging van de plaat tussen de uiterste meetbereiken

Fig. 3.6 a Meetsignaal van de laser sensor b Frequentiespectrum van het meetsignaal

Ste

rkte

[D

b]

Voltag

e [V

]

Frequentie [Hz]a b Tijd [s]


18

Omdat de metingen van een laser afhankelijk zijn van de kleur waarop de laser wordt geprojecteerd is onderzocht in welke mate deze afhankelijkheid een rol speelt. In bovenstaande fig. 3.7a en b is zichtbaar gemaakt welk bereik de laser heeft op een mat witte wand en een zwarte das. Voor de witte wand is het geen probleem een afstand van 5m te meten, voor de zwarte das ligt het maximum op ongeveer 1.9m. Bovenstaande metingen zijn echter uitgevoerd op een stilstaand object, vervolgens zal bekeken worden hoe de laser reageert op bewegende objecten die wit en zwart zijn gekleurd. In de bovenstaande figuur 3.8a is te zien dat de witte blouse nog wordt opgemerkt tot een afstand van 4500mm, het zwarte t-shirt daarentegen wordt maar tot een afstand van 1400mm waargenomen. Het meetbereik van de zwarte das is enkel verkregen door het t-shirt strak te trekken zodat er geen rimpels op de stof ontstonden, zonder deze handeling is het waarnemen van het shirt niet mogelijk.

0 2 4 6 8

10

0 1000 2000 3000 4000 5000

Afstand [mm]

Voltag

e [V

]

Fig. 3.8a Mat witte wand

0

2

4

6

8

10

0 1000 2000 3000 4000 5000

Afstand [mm]

Voltag

e [V

]

Fig. 3.8b Zwarte das

Fig. 3.9b Detectie van een zwart t-shirt

1400mm

600mm Voltag

e [V

]

Tijd [s]

Fig. 3.9a Detectie van een wit/gele blouse

4500mm

300mm

Voltag

e [V

]

Tijd [s]


19

Tot slot zijn er nog enkel experimenten uitgevoerd om te kijken of de laser snel genoeg is om passerende mensen te detecteren. In bovenstaande figuur is te zien hoe een persoon haaks door de laserstraal loopt. In fig. 3.7a is duidelijk te zien dat de laser de persoon waarneemt, bij fig. 3.b wordt de lichtstraal waarschijnlijk iets langer onderbroken doordat de handen “zwaaien”, hierdoor ontstaat er een heldere uitslag. Omdat de laser uiteindelijk een scannende functie moet gaan vervullen is er gekeken of het mogelijk is een signalen op te vangen van de huidige laser gedurende een ‘scan’. Hiervoor is de laser handmatig op een kniehoogte geroteerd om te kijken of twee gespreide benen konden worden gedetecteerd. l

Voltag

e [V

] Tijd [s]

a

Tijd [s]

Voltag

e [V

]

b

Fig. 3.10a Haaks door de lichtstraal lopen (5km/u) met de handen strak langs het lichaam b Haaks door de lichtstraal lopen (5km/u) met de handen los langs het lichaam

Fig. 3.11b Roteren van de laser (scannen) met 0.5π rad/s

Voltag

e [V

]

Tijd [s]

1500mm (wand)

1250mm (persoon)

Geen meetwaarde

Benen

Fig. 3.11a Roteren van de laser (scannen) met π rad/s

Voltag

e [V

]

Tijd [s]

2030mm (wand)

1900mm (persoon)

Geen meetwaarde

Benen


20

In de bovenstaande figuren staat een persoon voor een wand op respectievelijk 1900mm en 1250mm verwijdert van de laser. Als met een snelheid van π rad/s wordt geroteerd (fig. 3.11a) ontstaan er veel valse meetwaarde maar is het wel zichtbaar dat er zich twee smalle objecten bevinden voor de wand. Wordt de rotatiesnelheid van de laser verlaagd tot een ½π rad/s dan wordt het signaal duidelijker en ontstaan er minder valse meetwaarde. 3.3 Conclusies

Uit de tests zijn een aantal conclusies te trekken, de eigenschappen van de twee verschillende sensoren zijn hieronder in een tabel naast elkaar gezet. Op basis van eisen en wensen kan vervolgens een keuze worden gemaakt uit de twee. Laser Ultrasoon 1. Sterk gebundeld meetbereik Detectiekegel 2. Scannen van een opp. mogelijk Geen scanfunctie mogelijk 3. Afhankelijk van kleur Onafhankelijk van kleur 4. Afhankelijk van materiaal Onafhankelijk van materiaal 5. Kostprijs c.a. 900 euro Kostprijs c.a. 400 euro 6. Hoge meetfrequentie (1-100 ms) Lage meetfrequentie (250-500 ms) 7. Zichtbaar licht Onzichtbaar 8. Geluidsarm Laag geluidsniveau 9. Als veiligheidsmaatregel inzetbaar Veiligheidsmaatregelen op andere wijze

treffen 10. Montagehoogte enkele cm Montagehoogte minimaal 40 cm


21

Bijlage: Datasheets LT3 en Mic-serie

Afstandsensoren

Documents

Transcript of Afstandsensoren