8. Vzdálenost: ultrazvuk, laser, triangulace
Ultrazvuk — měří čas, ne vzdálenost
d = c · t2 c = 331,3 + 0,606·T [m/s]rychlost zvuku závisí na teplotě
při 20 °C je rychlost zvuku 343 m/s, ne 343. Kdo počítá s pevnou hodnotou, plete se o -2,45 mm na 2,0 m. Chyba je úměrná vzdálenosti, takže se procentem nezmenší — dá se ale odstranit teploměrem za pár korun.
Ultrazvuk vidí kužel, ne bod. Vyzařovací úhel bývá 15–30°, takže
naměří nejbližší věc v celém tom kuželu, ne to, na co míříš. A hladké povrchy pod úhlem
odrazí paprsek jinam — echo se nevrátí a senzor hlásí „nic tam není", i když je tam zeď.
Laser (ToF) — světlo je moc rychlé na to, aby se měřil čas
Světlo urazí metr za 3,3 ns, takže na milimetr by se musel měřit čas na 6,7 pikosekundy. Levné dálkoměry proto neměří čas, ale fázi modulovaného světla — a z toho plyne nejednoznačnost: fáze se opakuje každých c/(2f), takže při 10 MHz se všechno nad 15 m tváří jako blízko.
Řeší se dvěma modulačními frekvencemi naráz: jedna dá jemné rozlišení, druhá odstraní nejednoznačnost.
Triangulace — geometrie místo času
Laser svítí pod úhlem, kamera nebo řádkový snímač vidí, kam ta stopa dopadla. Blízko je velmi přesná, daleko rychle ztrácí (přesnost klesá s druhou mocninou vzdálenosti). Používá se v 3D skenerech a v prvních generacích Kinectu.
| dosah | přesnost | problémy | |
|---|---|---|---|
| ultrazvuk | 0,02–6 m | ~1 cm | kužel, teplota, hladké povrchy pod úhlem |
| laser ToF | 0,05–100 m | 1–30 mm | nejednoznačnost, sluneční světlo, lesk |
| triangulace | 0,05–2 m | <1 mm blízko | přesnost padá s druhou mocninou |
| indukční / kapacitní | 0–20 mm | µm | jen na kov (ind.) a velmi krátce |
Žádný z nich neměří vzdálenost. Ultrazvuk měří čas, laser fázi,
triangulace úhel, indukční čidlo změnu indukčnosti. Vzdálenost je až výsledek modelu —
a všechny chyby v tomhle oddílu jsou chyby toho modelu, ne senzoru. To je obecný vzor celé
senzoriky.