Лазерные дальномерные модули — это высокоточные приборы, широко используемые в таких областях, как автономное вождение, беспилотные летательные аппараты, промышленная автоматика и робототехника. Принцип работы этих модулей обычно заключается в излучении лазерного луча и измерении расстояния между объектом и датчиком посредством приёма отражённого света. Среди различных рабочих параметров лазерных дальномерных модулей расхождение луча является важнейшим фактором, напрямую влияющим на точность измерений, дальность измерения и выбор вариантов применения.
1. Базовая концепция расхождения пучка
Расходимость луча определяется углом, на который увеличивается размер поперечного сечения лазерного луча по мере удаления от лазерного излучателя. Проще говоря, чем меньше расходимость луча, тем более концентрированным он остаётся при распространении; и наоборот, чем больше расходимость луча, тем шире он рассеивается. В практических приложениях расходимость луча обычно выражается в углах (градусах или миллирадианах).
Расходимость лазерного луча определяет степень его рассеивания на заданном расстоянии, что, в свою очередь, влияет на размер пятна на целевом объекте. Если расходимость слишком велика, луч будет охватывать большую площадь на больших расстояниях, что может снизить точность измерений. С другой стороны, если расходимость слишком мала, луч может стать слишком сфокусированным на больших расстояниях, что затруднит его правильное отражение или даже сделает невозможным приём отражённого сигнала. Поэтому выбор подходящей расходимости луча имеет решающее значение для точности и диапазона применения лазерного дальномерного модуля.
2. Влияние расхождения луча на производительность лазерного дальномера
Расходимость луча напрямую влияет на точность измерений лазерного дальномера. Большая расходимость луча приводит к увеличению размера пятна, что может привести к рассеянию отражённого света и неточным измерениям. На больших расстояниях больший размер пятна может ослабить отражённый свет, что влияет на качество сигнала, принимаемого датчиком, и, следовательно, увеличивает погрешность измерения. Напротив, меньшая расходимость луча обеспечивает фокусировку лазерного луча на больших расстояниях, что приводит к меньшему размеру пятна и, следовательно, к более высокой точности измерений. Для приложений, требующих высокой точности, таких как лазерное сканирование и точная локализация, меньшая расходимость луча, как правило, является предпочтительным выбором.
Расходимость луча также тесно связана с диапазоном измерения. В лазерных дальномерах с большой расходимостью луч быстро распространяется на большие расстояния, ослабляя отраженный сигнал и, в конечном итоге, ограничивая эффективный диапазон измерения. Кроме того, больший размер пятна может привести к тому, что отраженный свет будет поступать с нескольких направлений, что затрудняет точное получение датчиком сигнала от объекта, что, в свою очередь, влияет на результаты измерений.
С другой стороны, меньшая расхождение луча способствует сохранению концентрации лазерного луча, обеспечивая интенсивность отраженного света и, таким образом, расширяя эффективный диапазон измерения. Следовательно, чем меньше расхождение луча лазерного дальномера, тем больше, как правило, расширяется эффективный диапазон измерения.
Выбор расходимости луча также тесно связан со сценарием применения лазерного дальномера. Для сценариев, требующих дальних и высокоточных измерений (например, обнаружения препятствий в системах автономного вождения, лидаров), обычно выбирают модуль с малой расходимостью луча, чтобы обеспечить точность измерений на больших расстояниях.
Для измерений на коротких расстояниях, сканирования или некоторых промышленных автоматизированных систем может быть предпочтительнее использовать модуль с большей расходимостью луча, чтобы увеличить зону покрытия и повысить эффективность измерений.
На расходимость луча также влияют условия окружающей среды. В сложных условиях с высокой отражающей способностью (например, на промышленных производственных линиях или при сканировании зданий) рассеивание лазерного луча может повлиять на отражение и приём света. В таких случаях большая расходимость луча может помочь охватить большую площадь, увеличить мощность принимаемого сигнала и снизить помехи окружающей среды. С другой стороны, в условиях ясной, свободной от препятствий среды меньшая расходимость луча может помочь сфокусировать измерение на объекте, минимизируя ошибки.
3. Выбор и расчет расходимости пучка
Расходимость луча лазерного дальномера обычно определяется конструкцией лазерного излучателя. Различные сценарии применения и требования приводят к различиям в конструкции расходимости луча. Ниже приведены несколько распространённых сценариев применения и соответствующие им варианты расходимости луча:
- Высокоточные и дальнобойные измерения:
Для приложений, требующих как высокой точности, так и больших расстояний измерения (например, точные измерения, лидары и автономное вождение), обычно выбирают меньшую расхождение луча. Это гарантирует, что лазерный луч сохраняет малый размер пятна на больших расстояниях, повышая как точность, так и дальность измерения. Например, в системах автономного вождения расхождение луча лидаров обычно поддерживается ниже 1° для точного обнаружения удалённых препятствий.
- Большое покрытие при меньших требованиях к точности:
В сценариях, где требуется большая зона покрытия, но точность не столь критична (например, при локализации робота и сканировании окружающей среды), обычно выбирают большую расходимость луча. Это позволяет лазерному лучу охватывать более широкую область, повышая чувствительность устройства и делая его пригодным для быстрого сканирования или обнаружения на больших площадях.
- Измерение на коротких расстояниях в помещении:
При измерениях в помещении или на малых расстояниях большая расхождение луча может помочь увеличить зону покрытия лазерного луча, уменьшая ошибки измерения, вызванные неправильными углами отражения. В таких случаях большая расхождение луча может обеспечить стабильные результаты измерений за счёт увеличения размера пятна.
4. Заключение
Расходимость луча является одним из ключевых факторов, влияющих на производительность лазерных дальномерных модулей. Она напрямую влияет на точность измерений, диапазон измерений и выбор вариантов применения. Правильный расчет расходимости луча может повысить общую производительность лазерного дальномерного модуля, обеспечивая его стабильность и эффективность в различных приложениях. По мере развития технологий лазерных дальномеров оптимизация расходимости луча станет важным фактором расширения области применения и измерительных возможностей этих модулей.
Люмиспот
Адрес: Здание 4, д. 99, ул. Фужун, 3-я улица, р-н Сишань, г. Уси, 214000, Китай
Тел.: + 86-0510 87381808.
Мобильный: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Время публикации: 18 ноября 2024 г.