Лазерные модули для измерения расстояния — это высокоточные инструменты, широко используемые в таких областях, как автономное вождение, дроны, промышленная автоматизация и робототехника. Принцип работы этих модулей обычно заключается в излучении лазерного луча и измерении расстояния между объектом и датчиком путем приема отраженного света. Среди различных параметров производительности лазерных модулей для измерения расстояния расходимость луча является важнейшим фактором, напрямую влияющим на точность измерения, диапазон измерения и выбор сценариев применения.
1. Основное понятие расходимости пучка
Расходимость луча — это угол, на который увеличивается поперечное сечение лазерного луча по мере удаления от лазерного излучателя. Проще говоря, чем меньше расходимость луча, тем более концентрированным остается лазерный луч во время распространения; и наоборот, чем больше расходимость луча, тем шире рассеивается луч. В практических приложениях расходимость луча обычно выражается в углах (градусах или миллирадианах).
Расходимость лазерного луча определяет, насколько он рассеивается на заданном расстоянии, что, в свою очередь, влияет на размер пятна на целевом объекте. Если расходимость слишком велика, луч будет покрывать большую площадь на больших расстояниях, что может снизить точность измерения. С другой стороны, если расходимость слишком мала, луч может стать слишком сфокусированным на больших расстояниях, что затруднит его правильное отражение или даже предотвратит прием отраженного сигнала. Поэтому выбор соответствующей расходимости луча имеет решающее значение для точности и диапазона применения лазерного модуля измерения расстояния.
2. Влияние расходимости луча на производительность модуля лазерного измерения расстояния.
Расходимость луча напрямую влияет на точность измерения лазерного дальномерного модуля. Большая расходимость луча приводит к большему размеру пятна, что может вызвать рассеянный отраженный свет и неточные измерения. На больших расстояниях больший размер пятна может ослабить отраженный свет, влияя на качество сигнала, принимаемого датчиком, и, следовательно, увеличивая погрешности измерения. Напротив, меньшая расходимость луча обеспечивает фокусировку лазерного луча на больших расстояниях, что приводит к меньшему размеру пятна и, следовательно, к более высокой точности измерения. Для применений, требующих высокой точности, таких как лазерное сканирование и точная локализация, обычно предпочтительнее использовать меньшую расходимость луча.
Расходимость луча также тесно связана с диапазоном измерения. Для лазерных дальномерных модулей с большой расходимостью лазерный луч будет быстро рассеиваться 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 исходить из нескольких направлений, что затруднит точное получение сигнала от цели датчиком, что, в свою очередь, повлияет на результаты измерения.
С другой стороны, меньшая расходимость луча помогает лазерному лучу оставаться концентрированным, обеспечивая высокую интенсивность отраженного света и, следовательно, расширяя эффективный диапазон измерения. Таким образом, чем меньше расходимость луча лазерного модуля измерения расстояния, тем больше, как правило, эффективный диапазон измерения.
Выбор расходимости луча также тесно связан со сценарием применения модуля лазерного измерения расстояния. Для сценариев, требующих измерений на больших расстояниях и высокой точности (например, обнаружение препятствий в системах автономного вождения, LiDAR), обычно выбирается модуль с малой расходимостью луча, чтобы обеспечить точные измерения на больших расстояниях.
Для измерений на коротких расстояниях, сканирования или некоторых систем промышленной автоматизации может быть предпочтительнее модуль с большей расходимостью луча, чтобы увеличить зону охвата и повысить эффективность измерений.
На расходимость луча также влияют условия окружающей среды. В сложных условиях с сильными отражающими свойствами (например, на промышленных производственных линиях или при сканировании зданий) рассеивание лазерного луча может влиять на отражение и прием света. В таких случаях большая расходимость луча может помочь, охватывая большую площадь, увеличивая мощность принимаемого сигнала и уменьшая помехи от окружающей среды. С другой стороны, в чистых, незагроможденных условиях меньшая расходимость луча может помочь сфокусировать измерение на цели, тем самым минимизируя ошибки.
3. Выбор и проектирование расходимости пучка
Расходимость луча лазерного модуля измерения расстояния обычно определяется конструкцией лазерного излучателя. Различные сценарии применения и требования приводят к различиям в расчете расходимости луча. Ниже приведены несколько распространенных сценариев применения и соответствующие им варианты расходимости луча:
- Высокая точность и большой радиус действия измерений:
Для приложений, требующих как высокой точности, так и больших расстояний измерения (например, прецизионные измерения, LiDAR и автономное вождение), обычно выбирается меньшее расхождение луча. Это гарантирует, что лазерный луч будет сохранять малый размер пятна на больших расстояниях, повышая как точность, так и дальность измерения. Например, в системах автономного вождения расхождение луча LiDAR обычно поддерживается ниже 1° для точного обнаружения удаленных препятствий.
- Широкое покрытие при более низких требованиях к точности:
В сценариях, где требуется большая площадь покрытия, но точность не столь критична (например, локализация робота и сканирование окружающей среды), обычно выбирается большее расхождение луча. Это позволяет лазерному лучу покрывать более широкую область, повышая возможности устройства по обнаружению объектов и делая его пригодным для быстрого сканирования или обнаружения больших площадей.
- Измерение на коротких расстояниях в помещении:
При измерениях в помещении или на небольшом расстоянии большее расхождение луча может помочь увеличить зону покрытия лазерного луча, уменьшая погрешности измерений, вызванные неправильными углами отражения. В таких случаях большее расхождение луча может обеспечить стабильные результаты измерений за счет увеличения размера пятна.
4. Заключение
Расходимость луча является одним из ключевых факторов, влияющих на производительность лазерных модулей измерения расстояния. Она напрямую влияет на точность измерения, диапазон измерения и выбор сценариев применения. Правильное проектирование расходимости луча может повысить общую производительность лазерного модуля измерения расстояния, обеспечивая его стабильность и эффективность в различных областях применения. По мере развития лазерных технологий измерения расстояния оптимизация расходимости луча станет важным фактором расширения диапазона применения и измерительных возможностей этих модулей.
Люмиспот
Адрес: корпус № 4, ул. Фуронг, 3-я, дом 99, район Сишань, Уси, 214000, Китай
Тел.: +86-0510 87381808.
Мобильный телефон: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Дата публикации: 18 ноября 2024 г.