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 funcionament d'aquests mòduls normalment implica 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 mesura i l'elecció dels escenaris d'aplicació.
1. Concepte bàsic de divergència de feix
La divergència del feix es refereix a l'angle en què el feix làser augmenta la seva mida de secció transversal a mesura que s'allunya de l'emissor làser. En termes més senzills, com més petita sigui la divergència del feix, més concentrat romandrà el feix làser durant la propagació; a l'inrevés, com més gran sigui la divergència del feix, més àmplia serà l'extensió del feix. En aplicacions pràctiques, la divergència del feix s'expressa normalment en angles (graus o mil·liradians).
La divergència del feix làser determina quant s'escampa sobre una distància determinada, cosa que al seu torn afecta la mida del punt a 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 es pot enfocar massa a llargues distàncies, cosa que dificulta la seva correcta reflexió o fins i tot impedeix 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 en el rendiment del mòdul de mesura de distància làser
La divergència del feix afecta directament la precisió de la mesura del mòdul de distància làser. Una divergència del feix més gran resulta en una mida de punt més gran, cosa que pot provocar llum reflectida dispersa i mesures inexactes. A distàncies més llargues, una mida de punt més gran pot debilitar la llum reflectida, afectant la qualitat del senyal rebut pel sensor i augmentant així els errors de mesura. En canvi, una divergència del feix més petita manté el feix làser enfocat a distàncies més llargues, cosa que resulta en una mida de punt més petita i, per tant, en una precisió de mesura més alta. Per a aplicacions que requereixen una alta precisió, com ara l'escaneig làser i la localització precisa, generalment és preferible una divergència del feix més petita.
La divergència del feix també està estretament relacionada amb el rang de mesura. Per als mòduls de distància làser amb una gran divergència del feix, el feix làser es propagarà ràpidament a llargues distàncies, debilitant el senyal reflectit i, en última instància, limitant el rang de mesura efectiu. A més, una mida de punt més gran pot fer que la llum reflectida provingui de múltiples direccions, cosa que dificulta que el sensor rebi amb precisió el senyal de l'objectiu, cosa que al seu torn afecta els resultats de la mesura.
D'altra banda, una divergència del feix més petita ajuda a que el feix làser es mantingui concentrat, garantint que la llum reflectida es mantingui forta i, per tant, ampliant el rang de mesura efectiu. Per tant, com més petita sigui la divergència del feix d'un mòdul de mesura de distància làser, més s'estén normalment el rang de mesura efectiu.
L'elecció de la divergència del feix també està estretament lligada a l'escenari d'aplicació del mòdul de mesura de distància làser. Per a escenaris que requereixen mesures de llarg abast i alta precisió (com ara la detecció d'obstacles en la conducció autònoma, LiDAR), normalment es tria un mòdul amb una petita divergència del feix per garantir mesures precises a llargues distàncies.
Per a mesures de curta distància, escaneig 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 es veu influenciada per les condicions ambientals. En entorns complexos amb fortes característiques reflectants (com ara línies de producció industrial o escaneig d'edificis), la dispersió del feix làser pot afectar la reflexió i la recepció de la llum. En aquests casos, una divergència del feix més gran pot ajudar cobrint una àrea més gran, augmentant la intensitat del senyal rebut i reduint les interferències ambientals. D'altra banda, en entorns clars i sense obstacles, una divergència del feix més petita pot ajudar a enfocar la mesura en l'objectiu, minimitzant així els errors.
3. Selecció i disseny de la divergència del feix
La divergència del feix d'un mòdul de mesura de distància làser normalment es determina pel disseny de l'emissor làser. Els diferents escenaris d'aplicació i requisits donen lloc a variacions en el disseny de la divergència del feix. A continuació es mostren diversos escenaris d'aplicació comuns i les seves opcions de divergència del feix associades:
- Mesura d'alta precisió i llarg abast:
Per a aplicacions que requereixen alta precisió i llargues distàncies de mesura (com ara mesures precises, LiDAR i conducció autònoma), generalment es tria una divergència del feix més petita. Això garanteix que el feix làser mantingui una mida de punt petita en distàncies més llargues, millorant tant la precisió com l'abast de la mesura. Per exemple, en la conducció autònoma, la divergència del feix dels sistemes LiDAR normalment es manté per sota d'1° per detectar amb precisió obstacles distants.
- Gran cobertura amb requisits de precisió més baixos:
En escenaris on es requereix una àrea de cobertura més gran, però la precisió no és tan crítica (com ara la localització de robots i l'escaneig ambiental), normalment es tria una divergència del feix més gran. Això permet que el feix làser cobreixi una àrea més àmplia, millorant les capacitats de detecció del dispositiu i fent-lo adequat per a l'escaneig ràpid o la detecció de grans àrees.
- Mesurament de curta distància en interiors:
Per a mesures en interiors o de curt abast, una divergència del feix més gran pot ajudar a augmentar la cobertura del feix làser, reduint els errors de mesura deguts a angles de reflexió inadequats. En aquests casos, una divergència del feix més gran pot garantir resultats de 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 en la precisió de la mesura, el rang de mesura i l'elecció dels escenaris d'aplicació. Un disseny adequat de la divergència del feix pot millorar el rendiment general 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 continua evolucionant, l'optimització de la divergència del feix esdevindrà un factor important per ampliar el rang d'aplicació i les capacitats de mesura d'aquests mòduls.
Lumispot
Adreça: Edifici 4 #, núm. 99 Furong 3rd Road, districte de Xishan, Wuxi, 214000, Xina
Telèfon: + 86-0510 87381808.
Mòbil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Data de publicació: 18 de novembre de 2024