Moduły laserowego pomiaru odległości to wysoce precyzyjne narzędzia szeroko stosowane w takich dziedzinach jak autonomiczne prowadzenie pojazdów, drony, automatyka przemysłowa i robotyka. Zasada działania tych modułów zazwyczaj polega na emitowaniu wiązki laserowej i mierzeniu odległości między obiektem a czujnikiem poprzez odbieranie odbitego światła. Spośród różnych parametrów wydajnościowych modułów laserowego pomiaru odległości rozbieżność wiązki jest kluczowym czynnikiem, który bezpośrednio wpływa na dokładność pomiaru, zakres pomiaru i wybór scenariuszy zastosowań.
1. Podstawowa koncepcja rozbieżności wiązki
Rozbieżność wiązki odnosi się do kąta, pod którym wiązka lasera zwiększa swój rozmiar przekroju poprzecznego, gdy oddala się od emitera lasera. Mówiąc prościej, im mniejsza rozbieżność wiązki, tym bardziej skoncentrowana pozostaje wiązka lasera podczas propagacji; odwrotnie, im większa rozbieżność wiązki, tym szerzej się rozprzestrzenia. W zastosowaniach praktycznych rozbieżność wiązki jest zwykle wyrażana w kątach (stopniach lub miliradianach).
Rozbieżność wiązki laserowej określa, jak bardzo rozprzestrzenia się ona na danej odległości, co z kolei wpływa na rozmiar plamki na obiekcie docelowym. Jeśli rozbieżność jest zbyt duża, wiązka pokryje większy obszar na dużych odległościach, co może zmniejszyć dokładność pomiaru. Z drugiej strony, jeśli rozbieżność jest zbyt mała, wiązka może stać się zbyt skupiona na dużych odległościach, co utrudni prawidłowe odbicie lub nawet uniemożliwi odbiór odbitego sygnału. Dlatego wybór odpowiedniej rozbieżności wiązki ma kluczowe znaczenie dla dokładności i zakresu zastosowań modułu pomiaru odległości laserowej.
2. Wpływ rozbieżności wiązki na wydajność modułu pomiaru odległości laserowej
Rozbieżność wiązki ma bezpośredni wpływ na dokładność pomiaru modułu odległości laserowej. Większa rozbieżność wiązki skutkuje większym rozmiarem plamki, co może prowadzić do rozproszenia światła odbitego i niedokładnych pomiarów. Przy większych odległościach większy rozmiar plamki może osłabić światło odbite, wpływając na jakość sygnału odbieranego przez czujnik, zwiększając w ten sposób błędy pomiaru. Natomiast mniejsza rozbieżność wiązki utrzymuje wiązkę lasera skupioną na większych odległościach, co skutkuje mniejszym rozmiarem plamki, a tym samym wyższą dokładnością pomiaru. W przypadku zastosowań wymagających wysokiej precyzji, takich jak skanowanie laserowe i precyzyjna lokalizacja, mniejsza rozbieżność wiązki jest zazwyczaj preferowanym wyborem.
Rozbieżność wiązki jest również ściśle związana z zakresem pomiaru. W przypadku modułów odległości laserowej o dużej rozbieżności wiązki wiązka lasera rozprzestrzeni się szybko na duże odległości, osłabiając odbity sygnał i ostatecznie ograniczając efektywny zakres pomiaru. Ponadto większy rozmiar plamki może powodować, że odbite światło będzie pochodzić z wielu kierunków, co utrudnia czujnikowi dokładne odbieranie sygnału z celu, co z kolei wpływa na wyniki pomiaru.
Z drugiej strony, mniejsza dywergencja wiązki pomaga zachować skupienie wiązki lasera, zapewniając, że odbite światło pozostaje silne, a tym samym rozszerza efektywny zakres pomiaru. Dlatego im mniejsza dywergencja wiązki modułu pomiaru odległości laserowej, tym bardziej rozszerza się efektywny zakres pomiaru.
Wybór rozbieżności wiązki jest również ściśle związany ze scenariuszem zastosowania modułu pomiaru odległości laserowej. W przypadku scenariuszy wymagających pomiarów dalekiego zasięgu i wysokiej precyzji (takich jak wykrywanie przeszkód w autonomicznej jeździe, LiDAR) zazwyczaj wybiera się moduł o małej rozbieżności wiązki, aby zapewnić dokładne pomiary na duże odległości.
W przypadku pomiarów na małą odległość, skanowania lub niektórych systemów automatyki przemysłowej, preferowany może okazać się moduł o większej rozbieżności wiązki, zwiększający obszar pokrycia i poprawiający wydajność pomiaru.
Rozbieżność wiązki jest również zależna od warunków środowiskowych. W złożonych środowiskach o silnych właściwościach odblaskowych (takich jak linie produkcyjne w przemyśle lub skanowanie budynków) rozprzestrzenianie się wiązki laserowej może wpływać na odbicie i odbiór światła. W takich przypadkach większa rozbieżność wiązki może pomóc, obejmując większy obszar, zwiększając siłę odbieranego sygnału i redukując zakłócenia środowiskowe. Z drugiej strony, w czystych, niezakłóconych środowiskach mniejsza rozbieżność wiązki może pomóc skupić pomiar na celu, minimalizując w ten sposób błędy.
3. Wybór i projektowanie rozbieżności wiązki
Rozbieżność wiązki modułu pomiaru odległości laserowej jest zazwyczaj określana przez konstrukcję emitera laserowego. Różne scenariusze zastosowań i wymagania powodują zmiany w konstrukcji rozbieżności wiązki. Poniżej przedstawiono kilka typowych scenariuszy zastosowań i powiązane z nimi opcje rozbieżności wiązki:
- Wysoka precyzja i pomiary dalekiego zasięgu:
W przypadku zastosowań wymagających zarówno wysokiej precyzji, jak i dużych odległości pomiarowych (takich jak precyzyjne pomiary, LiDAR i autonomiczna jazda), zazwyczaj wybiera się mniejszą rozbieżność wiązki. Zapewnia to, że wiązka lasera utrzymuje mały rozmiar plamki na dłuższych dystansach, zwiększając zarówno dokładność pomiaru, jak i zasięg. Na przykład w autonomicznej jeździe rozbieżność wiązki systemów LiDAR jest zazwyczaj utrzymywana poniżej 1°, aby dokładnie wykrywać odległe przeszkody.
- Duży zasięg przy niższych wymaganiach dotyczących precyzji:
W scenariuszach, w których wymagany jest większy obszar pokrycia, ale precyzja nie jest tak krytyczna (takich jak lokalizacja robota i skanowanie środowiskowe), zazwyczaj wybiera się większą dywergencję wiązki. Pozwala to wiązce lasera pokryć większy obszar, zwiększając możliwości wykrywania urządzenia i czyniąc je odpowiednim do szybkiego skanowania lub wykrywania dużych obszarów.
- Pomiary krótkodystansowe w pomieszczeniach:
W przypadku pomiarów wewnątrz pomieszczeń lub na krótkim dystansie większa dywergencja wiązki może pomóc zwiększyć zasięg wiązki laserowej, zmniejszając błędy pomiaru spowodowane niewłaściwymi kątami odbicia. W takich przypadkach większa dywergencja wiązki może zapewnić stabilne wyniki pomiaru poprzez zwiększenie rozmiaru plamki.
4. Wnioski
Rozbieżność wiązki jest jednym z kluczowych czynników wpływających na wydajność modułów laserowego pomiaru odległości. Ma ona bezpośredni wpływ na dokładność pomiaru, zakres pomiaru i wybór scenariuszy zastosowań. Prawidłowe zaprojektowanie rozbieżności wiązki może poprawić ogólną wydajność modułu laserowego pomiaru odległości, zapewniając jego stabilność i wydajność w różnych zastosowaniach. W miarę rozwoju technologii laserowego pomiaru odległości optymalizacja rozbieżności wiązki stanie się ważnym czynnikiem w rozszerzaniu zakresu zastosowań i możliwości pomiarowych tych modułów.
Światło
Adres: Budynek 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Chiny
Tel: + 86-0510 87381808.
Telefon komórkowy: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Czas publikacji: 18-11-2024