A lézeres távolságmérő modulok nagy pontosságú eszközök, amelyeket széles körben használnak olyan területeken, mint az önvezető autók, a drónok, az ipari automatizálás és a robotika. Ezeknek a moduloknak a működési elve jellemzően egy lézersugár kibocsátása és a tárgy és az érzékelő közötti távolság mérése a visszavert fény vételével. A lézeres távolságmérő modulok különböző teljesítményparaméterei közül a sugárdivergencia kulcsfontosságú tényező, amely közvetlenül befolyásolja a mérési pontosságot, a mérési tartományt és az alkalmazási forgatókönyvek megválasztását.
1. A nyalábdivergencia alapfogalma
A nyalábdivergencia azt a szöget jelöli, amellyel a lézersugár keresztmetszeti mérete növekszik, ahogy távolodik a lézersugárzótól. Egyszerűbben fogalmazva, minél kisebb a nyalábdivergencia, annál koncentráltabb marad a lézersugár a terjedés során; fordítva, minél nagyobb a nyalábdivergencia, annál szélesebbre nyúlik a nyaláb. A gyakorlati alkalmazásokban a nyalábdivergenciát általában szögekben (fokban vagy milliradiánban) fejezik ki.
A lézersugár divergenciája határozza meg, hogy mennyire terjed szét egy adott távolságon, ami viszont befolyásolja a pont méretét a céltárgyon. Ha a divergencia túl nagy, a sugár nagy távolságokon nagyobb területet fed le, ami csökkentheti a mérési pontosságot. Másrészt, ha a divergencia túl kicsi, a sugár nagy távolságokon túl fókuszálttá válhat, ami megnehezíti a megfelelő visszaverődést, vagy akár megakadályozza a visszavert jel vételét. Ezért a megfelelő sugárdivergencia kiválasztása kulcsfontosságú a lézeres távolságmérő modul pontossága és alkalmazási tartománya szempontjából.
2. A nyalábdivergencia hatása a lézeres távolságmérő modul teljesítményére
A nyalábdivergencia közvetlenül befolyásolja a lézeres távolságmérő modul mérési pontosságát. A nagyobb nyalábdivergencia nagyobb foltméretet eredményez, ami szórt visszavert fényhez és pontatlan mérésekhez vezethet. Nagyobb távolságokon a nagyobb foltméret gyengítheti a visszavert fényt, ami befolyásolhatja az érzékelő által vett jel minőségét, ezáltal növelve a mérési hibákat. Ezzel szemben a kisebb nyalábdivergencia nagyobb távolságokon fókuszáltan tartja a lézersugarat, ami kisebb foltméretet és így nagyobb mérési pontosságot eredményez. A nagy pontosságot igénylő alkalmazásokhoz, mint például a lézerszkennelés és a pontos lokalizáció, általában a kisebb nyalábdivergencia az előnyösebb választás.
A nyalábdivergencia szorosan összefügg a mérési tartománnyal is. Nagy nyalábdivergenciájú lézertávmérő modulok esetén a lézersugár gyorsan terjed nagy távolságokra, gyengítve a visszavert jelet és végső soron korlátozva a hatékony mérési tartományt. Ezenkívül a nagyobb foltméret azt okozhatja, hogy a visszavert fény több irányból érkezik, ami megnehezíti az érzékelő számára a célpont jelének pontos vételét, ami viszont befolyásolja a mérési eredményeket.
Másrészt a kisebb nyalábdivergencia segít abban, hogy a lézersugár koncentrált maradjon, biztosítva, hogy a visszavert fény erős maradjon, és így kiterjedjen a hatékony mérési tartomány. Ezért minél kisebb a lézeres távolságmérő modul nyalábdivergenciája, annál messzebbre terjed ki jellemzően a hatékony mérési tartomány.
A nyalábdivergencia megválasztása szorosan összefügg a lézeres távolságmérő modul alkalmazási forgatókönyvével is. Nagy hatótávolságú és nagy pontosságú méréseket igénylő forgatókönyvek esetén (például akadályérzékelés az önvezető autókban, LiDAR) jellemzően kis nyalábdivergenciájú modult választanak a nagy távolságokon történő pontos mérések biztosítása érdekében.
Rövid távolságú mérésekhez, szkenneléshez vagy egyes ipari automatizálási rendszerekhez előnyösebb lehet egy nagyobb nyalábdiverzióval rendelkező modul a lefedett terület növelése és a mérési hatékonyság javítása érdekében.
A nyalábdivergenciát a környezeti feltételek is befolyásolják. Komplex, erős fényvisszaverő tulajdonságokkal rendelkező környezetekben (például ipari gyártósorok vagy épületszkennelés) a lézersugár szórása befolyásolhatja a fény visszaverődését és vételét. Ilyen esetekben a nagyobb nyalábdivergencia segíthet a nagyobb terület lefedésében, a vett jel erősségének növelésében és a környezeti interferencia csökkentésében. Másrészt tiszta, akadálymentes környezetben a kisebb nyalábdivergencia segíthet a mérés fókuszálásában a célpontra, ezáltal minimalizálva a hibákat.
3. A nyalábdivergencia kiválasztása és tervezése
A lézeres távolságmérő modul nyalábdivergenciáját jellemzően a lézersugárzó kialakítása határozza meg. A különböző alkalmazási forgatókönyvek és követelmények a nyalábdivergenciák kialakításának eltéréseit eredményezik. Az alábbiakban néhány gyakori alkalmazási forgatókönyvet és a hozzájuk tartozó nyalábdivergenciás lehetőségeket ismertetünk:
- Nagy pontosságú és nagy hatótávolságú mérés:
Az olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy pontosságot és nagy mérési távolságokat is igényelnek (például precíziós mérések, LiDAR és önvezető rendszerek), általában kisebb nyalábdivergenciát választanak. Ez biztosítja, hogy a lézersugár nagyobb távolságokon is kis pontméretet tartson fenn, növelve mind a mérési pontosságot, mind a hatótávolságot. Például az önvezető rendszereknél a LiDAR rendszerek nyalábdivergenciáját jellemzően 1° alatt tartják a távoli akadályok pontos érzékelése érdekében.
- Nagy lefedettség alacsonyabb pontossági követelményekkel:
Azokban az esetekben, amikor nagyobb lefedettségi területre van szükség, de a pontosság nem olyan fontos (például robotok lokalizációja és környezeti szkennelés), jellemzően nagyobb sugárdivergenciát választanak. Ez lehetővé teszi, hogy a lézersugár szélesebb területet fedjen le, javítva az eszköz érzékelési képességeit, és alkalmassá téve a gyors szkennelésre vagy nagy területek detektálására.
- Beltéri rövid távolságú mérés:
Beltéri vagy rövid hatótávolságú mérések esetén a nagyobb nyalábszéttérés segíthet növelni a lézersugár lefedettségét, csökkentve a nem megfelelő visszaverődési szögek miatti mérési hibákat. Ilyen esetekben a nagyobb nyalábszéttérés a foltméret növelésével stabil mérési eredményeket biztosíthat.
4. Következtetés
A nyalábdivergencia az egyik kulcsfontosságú tényező, amely befolyásolja a lézeres távolságmérő modulok teljesítményét. Közvetlenül befolyásolja a mérési pontosságot, a mérési tartományt és az alkalmazási forgatókönyvek megválasztását. A nyalábdivergencia megfelelő kialakítása javíthatja a lézeres távolságmérő modul általános teljesítményét, biztosítva annak stabilitását és hatékonyságát a különböző alkalmazásokban. Ahogy a lézeres távolságmérési technológia folyamatosan fejlődik, a nyalábdivergencia optimalizálása fontos tényezővé válik ezen modulok alkalmazási tartományának és mérési képességeinek bővítésében.
Lumispot
Cím: 4. épület, 99. szám, Furong 3. út, Xishan kerület, Wuxi, 214000, Kína
Tel.: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Közzététel ideje: 2024. november 18.