Els mòduls de mesura de distància làser són eines d’alta precisió àmpliament utilitzades en camps com la conducció autònoma, els drons, l’automatització industrial i la robòtica. El principi de treball d’aquests mòduls consisteix normalment a emetre un feix làser i mesurar la distància entre l’objecte i el sensor rebent la llum reflectida. Entre els diversos paràmetres de rendiment dels mòduls de mesura de distància làser, la divergència del feix és un factor crucial que afecta directament la precisió de la mesura, el rang de mesurament i l’elecció d’escenaris d’aplicació.
1. Concepte bàsic de divergència de feixos
La divergència del feix es refereix a l’angle en què el feix làser augmenta en la mida transversal a mesura que viatja més lluny de l’emissor làser. En termes més senzills, com més petita sigui la divergència del feix, més concentrat es manté el feix làser durant la propagació; Per contra, com més gran sigui la divergència del feix, més ampli es propaga el feix. En aplicacions pràctiques, la divergència del feix s’expressa generalment en angles (graus o mil·liradians).
La divergència del feix làser determina quant es propaga per una distància determinada, que al seu torn afecta la mida del punt sobre l'objecte objectiu. Si la divergència és massa gran, el feix cobrirà una àrea més gran a llargues distàncies, cosa que pot reduir la precisió de la mesura. D'altra banda, si la divergència és massa petita, el feix pot estar massa enfocat a llargues distàncies, cosa que dificulta la reflexió correctament o fins i tot la prevenció de la recepció del senyal reflectit. Per tant, seleccionar una divergència de feix adequada és crucial per a la precisió i el rang d'aplicació d'un mòdul de mesura de distància làser.
2. Impacte de la divergència del feix sobre el rendiment del mòdul de la distància làser
La divergència del feix afecta directament la precisió de la mesura del mòdul de distància làser. Una divergència de feix més gran dóna lloc a una mida de punt més gran, cosa que pot provocar mesures de llum reflectida i inexactes disperses. A distàncies més llargues, una mida de punt més gran pot debilitar la llum reflectida, afectant la qualitat del senyal que rep el sensor, augmentant així els errors de mesurament. En canvi, una divergència de feix més petita manté el feix làser centrat en distàncies més llargues, donant lloc a una mida de punt més petita i, per tant, una major precisió de mesurament. Per a les aplicacions que requereixen una alta precisió, com ara l'exploració làser i la localització precisa, una divergència de feix més petita és generalment l'elecció preferida.
La divergència del feix també està estretament relacionada amb el rang de mesurament. Per als mòduls de distància làser amb gran divergència de feixos, el feix làser s’estendrà ràpidament a llargues distàncies, debilitant el senyal reflectit i limitant finalment el rang de mesurament efectiu. A més, una mida de punt més gran pot provocar que la llum reflectida provingui de múltiples direccions, cosa que dificulta el sensor de rebre amb precisió el senyal de la destinació, que al seu torn afecta els resultats de la mesura.
D'altra banda, una divergència de feix més petita ajuda a la concentració del feix làser, garantint que la llum reflectida es mantingui forta i que estengui així el rang de mesurament efectiu. Per tant, com més petita sigui la divergència del feix d’un mòdul de mesura de distància làser, més s’estén el rang de mesurament efectiu.
L’elecció de la divergència del feix també està estretament relacionada amb l’escenari d’aplicació del mòdul de mesura de distància làser. Per als escenaris que requereixen mesures de llarg abast i d’alta precisió (com la detecció d’obstacles en conducció autònoma, LiDAR), normalment s’escull un mòdul amb una divergència de feix petit per assegurar mesures precises a llargues distàncies.
Per a mesures de curta distància, exploració o alguns sistemes d’automatització industrial, es pot preferir un mòdul amb una divergència de feix més gran per augmentar l’àrea de cobertura i millorar l’eficiència de la mesura.
La divergència del feix també està influenciada per les condicions ambientals. En entorns complexos amb fortes característiques reflectants (com ara línies de producció industrial o exploració d’edificis), la propagació del feix làser pot afectar la reflexió i la recepció de la llum. En aquests casos, una divergència de feix més gran pot ajudar a cobrir una àrea més gran, augmentant la força del senyal rebut i reduint la interferència ambiental. D'altra banda, en entorns clars i obstruïts, una divergència de feix més petita pot ajudar a centrar la mesura en l'objectiu, minimitzant així els errors.
3. Selecció i disseny de divergència de feixos
La divergència del feix d’un mòdul de mesura de distància làser es determina normalment pel disseny de l’emissor làser. Diferents escenaris i requisits d'aplicació tenen com a resultat variacions en el disseny de la divergència de feixos. A continuació, es mostren diversos escenaris d’aplicació comuns i les seves opcions de divergència de feixos associats:
- Mesura d’alta precisió i de llarg abast:
Per a les aplicacions que requereixen tant distàncies de mesura de precisió com llargues (com ara mesures precises, lidar i conducció autònoma), es tria generalment una divergència de feix més petita. D’aquesta manera es garanteix que el feix làser manté una mida petita a les distàncies més llargues, millorant tant la precisió com el rang de la mesura. Per exemple, en la conducció autònoma, la divergència del feix dels sistemes LiDAR es manté normalment per sota d’1 ° per detectar amb precisió obstacles llunyans.
- Cobertura gran amb requisits de precisió més baixos:
En els escenaris en què es requereix una àrea de cobertura més gran, però la precisió no és tan crítica (com la localització de robot i la exploració ambiental), normalment es tria una divergència de feix més gran. Això permet que el feix làser cobreixi una àrea més àmplia, millorant les capacitats de detecció del dispositiu i que sigui adequat per a una exploració ràpida o detecció de grans àrees.
- Mesura de curta distància a l'interior:
Per a mesures interiors o de curt abast, una divergència de feixos més gran pot ajudar a augmentar la cobertura del feix làser, reduint els errors de mesura a causa dels angles de reflexió indeguts. En aquests casos, una divergència de feix més gran pot assegurar els resultats de la mesura estables augmentant la mida del punt.
4. Conclusió
La divergència del feix és un dels factors clau que afecten el rendiment dels mòduls de mesura de distància làser. Influeix directament amb la precisió de la mesura, el rang de mesurament i l’elecció d’escenaris d’aplicació. El disseny adequat de la divergència del feix pot millorar el rendiment global del mòdul de mesura de distància làser, garantint la seva estabilitat i eficiència en diverses aplicacions. A mesura que la tecnologia de mesura de distància làser continuï evolucionant, l’optimització de la divergència del feix es convertirà en un factor important per ampliar el rang d’aplicacions i les capacitats de mesura d’aquests mòduls.
Lumispot
Adreça: Edifici 4 #, núm. 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Xina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mòbil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Posat Post: 18 de novembre-2024