Modulele de măsurare a distanței cu laser sunt instrumente de înaltă precizie utilizate pe scară largă în domenii precum conducerea autonomă, dronele, automatizarea industrială și robotica. Principiul de funcționare al acestor module implică de obicei emiterea unui fascicul laser și măsurarea distanței dintre obiect și senzor prin recepționarea luminii reflectate. Printre diverșii parametri de performanță ai modulelor de măsurare a distanței cu laser, divergența fasciculului este un factor crucial care afectează direct precizia măsurării, intervalul de măsurare și alegerea scenariilor de aplicare.
1. Conceptul de bază al divergenței fasciculului
Divergența fasciculului se referă la unghiul la care fasciculul laser crește în dimensiune transversală pe măsură ce se deplasează mai departe de emițătorul laser. În termeni mai simpli, cu cât divergența fasciculului este mai mică, cu atât fasciculul laser rămâne mai concentrat în timpul propagării; invers, cu cât divergența fasciculului este mai mare, cu atât fasciculul se răspândește mai mult. În aplicațiile practice, divergența fasciculului este de obicei exprimată în unghiuri (grade sau miliradiani).
Divergența fasciculului laser determină cât de mult se răspândește acesta pe o anumită distanță, ceea ce, la rândul său, afectează dimensiunea punctului pe obiectul țintă. Dacă divergența este prea mare, fasciculul va acoperi o suprafață mai mare la distanțe lungi, ceea ce poate reduce precizia măsurării. Pe de altă parte, dacă divergența este prea mică, fasciculul poate deveni prea focalizat la distanțe lungi, îngreunând reflectarea corectă sau chiar împiedicând recepționarea semnalului reflectat. Prin urmare, selectarea unei divergențe adecvate a fasciculului este crucială pentru precizia și gama de aplicații a unui modul de măsurare a distanței cu laser.
2. Impactul divergenței fasciculului asupra performanței modulului de măsurare a distanței cu laser
Divergența fasciculului afectează direct precizia măsurării modulului laser de distanță. O divergență mai mare a fasciculului are ca rezultat o dimensiune mai mare a spotului, ceea ce poate duce la lumină reflectată împrăștiată și măsurători inexacte. La distanțe mai mari, o dimensiune mai mare a spotului poate slăbi lumina reflectată, afectând calitatea semnalului recepționat de senzor, crescând astfel erorile de măsurare. În schimb, o divergență mai mică a fasciculului menține fasciculul laser focalizat pe distanțe mai mari, rezultând o dimensiune mai mică a spotului și, prin urmare, o precizie mai mare a măsurării. Pentru aplicațiile care necesită o precizie ridicată, cum ar fi scanarea laser și localizarea precisă, o divergență mai mică a fasciculului este în general alegerea preferată.
Divergența fasciculului este, de asemenea, strâns legată de intervalul de măsurare. Pentru modulele laser de distanță cu divergență mare a fasciculului, fasciculul laser se va răspândi rapid pe distanțe lungi, slăbind semnalul reflectat și, în cele din urmă, limitând intervalul de măsurare efectiv. În plus, o dimensiune mai mare a spotului poate face ca lumina reflectată să vină din mai multe direcții, ceea ce face dificilă recepționarea cu precizie a semnalului de la țintă de către senzor, ceea ce, la rândul său, afectează rezultatele măsurătorilor.
Pe de altă parte, o divergență mai mică a fasciculului ajută fasciculul laser să rămână concentrat, asigurând că lumina reflectată rămâne puternică și astfel extinde intervalul efectiv de măsurare. Prin urmare, cu cât divergența fasciculului unui modul de măsurare a distanței cu laser este mai mică, cu atât intervalul efectiv de măsurare se extinde de obicei mai mult.
Alegerea divergenței fasciculului este, de asemenea, strâns legată de scenariul de aplicare al modulului de măsurare a distanței cu laser. Pentru scenariile care necesită măsurători la distanță lungă și de înaltă precizie (cum ar fi detectarea obstacolelor în conducerea autonomă, LiDAR), se alege de obicei un modul cu o divergență mică a fasciculului pentru a asigura măsurători precise la distanțe lungi.
Pentru măsurători pe distanțe scurte, scanare sau unele sisteme de automatizare industrială, poate fi preferat un modul cu o divergență a fasciculului mai mare pentru a crește aria de acoperire și a îmbunătăți eficiența măsurării.
Divergența fasciculului este influențată și de condițiile de mediu. În medii complexe cu caracteristici de reflexie puternică (cum ar fi liniile de producție industriale sau scanarea clădirilor), răspândirea fasciculului laser poate afecta reflexia și recepția luminii. În astfel de cazuri, o divergență mai mare a fasciculului poate ajuta prin acoperirea unei suprafețe mai mari, creșterea intensității semnalului recepționat și reducerea interferențelor de mediu. Pe de altă parte, în medii clare și neobstrucționate, o divergență mai mică a fasciculului poate ajuta la focalizarea măsurătorii asupra țintei, reducând astfel la minimum erorile.
3. Selecția și proiectarea divergenței fasciculului
Divergența fasciculului unui modul de măsurare a distanței cu laser este de obicei determinată de designul emițătorului laser. Diferite scenarii de aplicare și cerințe duc la variații în proiectarea divergenței fasciculului. Mai jos sunt prezentate câteva scenarii comune de aplicare și opțiunile asociate de divergență a fasciculului:
- Măsurare de înaltă precizie și pe distanțe lungi:
Pentru aplicațiile care necesită atât precizie ridicată, cât și distanțe lungi de măsurare (cum ar fi măsurători precise, LiDAR și conducere autonomă), se alege în general o divergență mai mică a fasciculului. Aceasta asigură că fasciculul laser menține o dimensiune mică a punctului pe distanțe mai lungi, sporind atât precizia măsurării, cât și raza de acțiune. De exemplu, în conducerea autonomă, divergența fasciculului sistemelor LiDAR este de obicei menținută sub 1° pentru a detecta cu precizie obstacolele îndepărtate.
- Acoperire extinsă cu cerințe de precizie mai mici:
În scenariile în care este necesară o arie de acoperire mai mare, dar precizia nu este la fel de critică (cum ar fi localizarea robotului și scanarea mediului), se alege de obicei o divergență mai mare a fasciculului. Aceasta permite fasciculului laser să acopere o arie mai largă, îmbunătățind capacitățile de detectare ale dispozitivului și făcându-l potrivit pentru scanarea rapidă sau detectarea pe suprafețe mari.
- Măsurare la distanță scurtă în interior:
Pentru măsurători în interior sau pe distanțe scurte, o divergență mai mare a fasciculului poate ajuta la creșterea acoperirii fasciculului laser, reducând erorile de măsurare datorate unghiurilor de reflexie necorespunzătoare. În astfel de cazuri, o divergență mai mare a fasciculului poate asigura rezultate stabile ale măsurătorilor prin creșterea dimensiunii spotului.
4. Concluzie
Divergența fasciculului este unul dintre factorii cheie care afectează performanța modulelor de măsurare a distanței cu laser. Aceasta influențează direct precizia măsurării, intervalul de măsurare și alegerea scenariilor de aplicare. Proiectarea corectă a divergenței fasciculului poate îmbunătăți performanța generală a modulului de măsurare a distanței cu laser, asigurându-i stabilitatea și eficiența în diverse aplicații. Pe măsură ce tehnologia de măsurare a distanței cu laser continuă să evolueze, optimizarea divergenței fasciculului va deveni un factor important în extinderea intervalului de aplicații și a capacităților de măsurare ale acestor module.
Lumispot
Adresă: Clădirea 4 #, Nr. 99 Furong 3rd Road, Districtul Xishan, Wuxi, 214000, China
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Data publicării: 18 noiembrie 2024