Moduły laserowego pomiaru odległości to precyzyjne narzędzia, szeroko stosowane w takich dziedzinach jak autonomiczne pojazdy, drony, automatyka przemysłowa i robotyka. Zasada działania tych modułów polega zazwyczaj na emisji wiązki laserowej i pomiarze odległości między obiektem a czujnikiem poprzez odbiór światła odbitego. Spośród różnych parametrów działania 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
Dywergencja wiązki odnosi się do kąta, pod którym wiązka laserowa zwiększa swój przekrój poprzeczny w miarę oddalania się od emitera lasera. Mówiąc prościej, im mniejsza dywergencja wiązki, tym bardziej skoncentrowana pozostaje wiązka laserowa podczas propagacji; i odwrotnie, im większa dywergencja wiązki, tym szerzej się ona rozprzestrzenia. W zastosowaniach praktycznych dywergencja wiązki jest zazwyczaj wyrażana w kątach (stopniach lub miliradianach).
Dywergencja wiązki laserowej określa jej zasięg na danym dystansie, co z kolei wpływa na rozmiar plamki na obiekcie docelowym. Zbyt duża dywergencja spowoduje pokrycie większego obszaru na dużych odległościach, co może obniżyć dokładność pomiaru. Z drugiej strony, zbyt mała dywergencja może spowodować nadmierne skupienie wiązki na dużych odległościach, co utrudni prawidłowe odbicie, a nawet uniemożliwi odbiór odbitego sygnału. Dlatego dobór odpowiedniej dywergencji wiązki ma kluczowe znaczenie dla dokładności i zakresu zastosowań laserowego modułu pomiaru odległości.
2. Wpływ rozbieżności wiązki na wydajność modułu pomiaru odległości laserowej
Rozbieżność wiązki bezpośrednio wpływa na dokładność pomiaru modułu dalmierza laserowego. 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 tym samym błędy pomiaru. Natomiast mniejsza rozbieżność wiązki utrzymuje skupienie wiązki laserowej na dłuższych dystansach, co skutkuje mniejszym rozmiarem plamki, a tym samym wyższą dokładnością pomiaru. W zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji, takich jak skanowanie laserowe i precyzyjna lokalizacja, zazwyczaj preferowanym wyborem jest mniejsza rozbieżność wiązki.
Rozbieżność wiązki jest również ściśle związana z zakresem pomiaru. W przypadku modułów dalmierza laserowego o dużej rozbieżności wiązki, wiązka lasera szybko rozprzestrzenia się na duże odległości, osłabiając sygnał odbity i ostatecznie ograniczając efektywny zakres pomiaru. Ponadto, większy rozmiar plamki może powodować, że światło odbite będzie padać z wielu kierunków, utrudniając czujnikowi dokładne odbieranie sygnału z obiektu, co z kolei wpływa na wyniki pomiaru.
Z drugiej strony, mniejsza rozbieżność wiązki pomaga zachować skupienie wiązki laserowej, zapewniając silne odbite światło, a tym samym zwiększając efektywny zakres pomiaru. Zatem im mniejsza rozbieżność wiązki laserowego modułu pomiaru odległości, tym większy jest zazwyczaj efektywny zakres pomiaru.
Wybór rozbieżności wiązki jest również ściśle związany z zastosowaniem modułu laserowego pomiaru odległości. W przypadku zastosowań wymagających pomiarów dalekiego zasięgu i wysokiej precyzji (takich jak wykrywanie przeszkód w pojazdach autonomicznych, LiDAR), zazwyczaj wybiera się moduł o małej rozbieżności wiązki, aby zapewnić dokładne pomiary z dużej odległości.
W przypadku pomiarów na niewielką odległość, skanowania lub niektórych systemów automatyki przemysłowej, w celu zwiększenia obszaru pokrycia i poprawy wydajności pomiaru, może okazać się preferowany moduł o większej rozbieżności wiązki.
Na rozbieżność wiązki wpływają również warunki środowiskowe. W złożonych środowiskach o silnych właściwościach odblaskowych (takich jak przemysłowe linie produkcyjne czy skanowanie budynków), rozproszenie 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 czystym, pozbawionym przeszkód otoczeniu, mniejsza rozbieżność wiązki może pomóc skupić pomiar na obiekcie, minimalizując w ten sposób błędy.
3. Wybór i projektowanie rozbieżności wiązki
Rozbieżność wiązki laserowego modułu pomiaru odległości jest zazwyczaj determinowana przez konstrukcję emitera laserowego. Różne scenariusze zastosowań i wymagania powodują różnice w projektowaniu rozbieżności wiązki. Poniżej przedstawiono kilka typowych scenariuszy zastosowań i związane z nimi opcje rozbieżności wiązki:
- Wysoka precyzja i pomiary dalekiego zasięgu:
W zastosowaniach wymagających zarówno wysokiej precyzji, jak i dużych odległości pomiarowych (takich jak precyzyjne pomiary, LiDAR i autonomiczne systemy sterowania), zazwyczaj wybiera się mniejszą dywergencję wiązki. Zapewnia to utrzymanie małego rozmiaru plamki lasera na dłuższych dystansach, co zwiększa zarówno dokładność, jak i zasięg pomiaru. Na przykład, w autonomicznych systemach sterowania, dywergencja wiązki systemów LiDAR jest zazwyczaj utrzymywana poniżej 1°, co pozwala na precyzyjne wykrywanie odległych przeszkód.
- Duży zasięg przy niższych wymaganiach dotyczących precyzji:
W sytuacjach, w których wymagany jest większy obszar pokrycia, ale precyzja nie jest tak istotna (np. lokalizacja robota i skanowanie otoczenia), zazwyczaj wybiera się większą rozbieżność wiązki. Pozwala to na pokrycie większego obszaru wiązką laserową, 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 rozbieżność wiązki może pomóc zwiększyć zasięg wiązki laserowej, redukując błędy pomiaru wynikające z nieprawidłowych kątów odbicia. W takich przypadkach większa rozbieżność wiązki może zapewnić stabilne wyniki pomiaru poprzez zwiększenie rozmiaru plamki.
4. Wnioski
Dywergencja wiązki jest jednym z kluczowych czynników wpływających na wydajność modułów laserowego pomiaru odległości. Ma ona bezpośredni wpływ na dokładność pomiaru, zakres pomiarowy oraz wybór scenariuszy zastosowań. Prawidłowe zaprojektowanie dywergencji wiązki może poprawić ogólną wydajność modułu laserowego pomiaru odległości, zapewniając jego stabilność i wydajność w różnych zastosowaniach. Wraz z rozwojem technologii laserowego pomiaru odległości, optymalizacja dywergencji wiązki stanie się istotnym czynnikiem zwiększającym zakres zastosowań i możliwości pomiarowe tych modułów.
Lumispot
Adres: Budynek nr 4, nr 99 Furong 3rd Road, dystrykt Xishan, Wuxi, 214000, Chiny
Tel.: + 86-0510 87381808.
Telefon komórkowy: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Czas publikacji: 18-11-2024