Moduly laserového merania vzdialenosti sú vysoko presné nástroje široko používané v oblastiach, ako je autonómne riadenie, drony, priemyselná automatizácia a robotika. Princíp fungovania týchto modulov zvyčajne zahŕňa vyžarovanie laserového lúča a meranie vzdialenosti medzi objektom a senzorom prijímaním odrazeného svetla. Medzi rôznymi výkonnostnými parametrami modulov laserového merania vzdialenosti je divergencia lúča kľúčovým faktorom, ktorý priamo ovplyvňuje presnosť merania, rozsah merania a výber aplikačných scenárov.
1. Základný koncept divergencie lúča
Divergencia lúča sa vzťahuje na uhol, pod ktorým sa laserový lúč zväčšuje v priereze, keď sa vzďaľuje od laserového žiariča. Jednoducho povedané, čím menšia je divergencia lúča, tým koncentrovanejší zostáva laserový lúč počas šírenia; naopak, čím väčšia je divergencia lúča, tým širšie sa lúč rozptyľuje. V praktických aplikáciách sa divergencia lúča zvyčajne vyjadruje v uhloch (stupne alebo miliradiány).
Divergencia laserového lúča určuje, o koľko sa rozšíri na danú vzdialenosť, čo následne ovplyvňuje veľkosť bodu na cieľovom objekte. Ak je divergencia príliš veľká, lúč pokryje väčšiu plochu na dlhých vzdialenostiach, čo môže znížiť presnosť merania. Na druhej strane, ak je divergencia príliš malá, lúč sa môže na dlhých vzdialenostiach príliš zaostriť, čo sťažuje jeho správny odraz alebo dokonca zabráni príjmu odrazeného signálu. Preto je výber vhodnej divergencie lúča kľúčový pre presnosť a rozsah použitia laserového modulu na meranie vzdialenosti.
2. Vplyv divergencie lúča na výkon laserového modulu merania vzdialenosti
Divergencia lúča priamo ovplyvňuje presnosť merania laserového diaľkového modulu. Väčšia divergencia lúča má za následok väčšiu veľkosť bodu, čo môže viesť k rozptýlenému odrazenému svetlu a nepresným meraniam. Pri väčších vzdialenostiach môže väčšia veľkosť bodu oslabiť odrazené svetlo, čo ovplyvní kvalitu signálu prijímaného senzorom, a tým zvýši chyby merania. Naopak, menšia divergencia lúča udržiava laserový lúč zaostrený na dlhšie vzdialenosti, čo má za následok menšiu veľkosť bodu a tým aj vyššiu presnosť merania. Pre aplikácie vyžadujúce vysokú presnosť, ako je laserové skenovanie a presná lokalizácia, je vo všeobecnosti preferovanou voľbou menšia divergencia lúča.
Divergencia lúča úzko súvisí aj s rozsahom merania. Pri laserových diaľkových moduloch s veľkou divergenciou lúča sa laserový lúč rýchlo šíri na veľké vzdialenosti, čím sa oslabuje odrazený signál a v konečnom dôsledku sa obmedzuje efektívny rozsah merania. Okrem toho môže väčšia veľkosť bodu spôsobiť, že odrazené svetlo prichádza z viacerých smerov, čo sťažuje senzoru presný príjem signálu z cieľa, čo následne ovplyvňuje výsledky merania.
Na druhej strane, menšia divergencia lúča pomáha laserovému lúču zostať koncentrovaný, čím sa zabezpečí, že odrazené svetlo zostane silné, a tým sa rozširuje efektívny rozsah merania. Preto čím menšia je divergencia lúča laserového modulu na meranie vzdialenosti, tým ďalej sa zvyčajne rozširuje efektívny rozsah merania.
Voľba divergencie lúča je tiež úzko spätá s aplikačným scenárom laserového modulu na meranie vzdialenosti. Pre scenáre vyžadujúce merania na veľké vzdialenosti a vysokú presnosť (ako napríklad detekcia prekážok v autonómnom riadení, LiDAR) sa zvyčajne volí modul s malou divergenciou lúča, aby sa zabezpečili presné merania na veľké vzdialenosti.
Pre merania na krátke vzdialenosti, skenovanie alebo niektoré priemyselné automatizačné systémy môže byť preferovaný modul s väčšou divergenciou lúča, aby sa zväčšila plocha pokrytia a zlepšila sa účinnosť merania.
Divergencia lúča je tiež ovplyvnená podmienkami prostredia. V zložitých prostrediach so silnými odrazovými vlastnosťami (ako sú priemyselné výrobné linky alebo skenovanie budov) môže rozptyl laserového lúča ovplyvniť odraz a príjem svetla. V takýchto prípadoch môže väčšia divergencia lúča pomôcť pokryť väčšiu plochu, zvýšiť silu prijímaného signálu a znížiť rušenie prostredia. Na druhej strane, v jasnom a nerušenom prostredí môže menšia divergencia lúča pomôcť zamerať meranie na cieľ, čím sa minimalizujú chyby.
3. Výber a návrh divergencie lúča
Divergencia lúča laserového modulu na meranie vzdialenosti je zvyčajne určená konštrukciou laserového žiariča. Rôzne aplikačné scenáre a požiadavky vedú k rozdielom v konštrukcii divergencie lúča. Nižšie je uvedených niekoľko bežných aplikačných scenárov a s nimi súvisiacich možností divergencie lúča:
- Vysoko presné meranie na veľké vzdialenosti:
Pre aplikácie vyžadujúce vysokú presnosť a dlhé meracie vzdialenosti (ako sú presné merania, LiDAR a autonómne riadenie) sa zvyčajne volí menšia divergencia lúča. To zabezpečuje, že laserový lúč si zachováva malú veľkosť bodu na dlhších vzdialenostiach, čím sa zvyšuje presnosť merania aj dosah. Napríklad pri autonómnom riadení sa divergencia lúča systémov LiDAR zvyčajne udržiava pod 1°, aby sa presne detekovali vzdialené prekážky.
- Veľké pokrytie s nižšími požiadavkami na presnosť:
V scenároch, kde je potrebná väčšia oblasť pokrytia, ale presnosť nie je taká kritická (napríklad pri lokalizácii robota a skenovaní prostredia), sa zvyčajne volí väčšia divergencia lúča. To umožňuje laserovému lúču pokryť širšiu oblasť, čím sa zlepšujú snímacie schopnosti zariadenia a robí ho vhodným na rýchle skenovanie alebo detekciu veľkých plôch.
- Meranie na krátke vzdialenosti v interiéri:
Pri meraniach v interiéri alebo na krátke vzdialenosti môže väčšia divergencia lúča pomôcť zvýšiť pokrytie laserového lúča a znížiť chyby merania spôsobené nesprávnymi uhlami odrazu. V takýchto prípadoch môže väčšia divergencia lúča zabezpečiť stabilné výsledky merania zväčšením veľkosti bodu.
4. Záver
Divergencia lúča je jedným z kľúčových faktorov ovplyvňujúcich výkon laserových modulov na meranie vzdialenosti. Priamo ovplyvňuje presnosť merania, rozsah merania a výber aplikačných scenárov. Správny návrh divergencie lúča môže zlepšiť celkový výkon laserového modulu na meranie vzdialenosti a zabezpečiť jeho stabilitu a účinnosť v rôznych aplikáciách. S neustálym vývojom technológie laserového merania vzdialenosti sa optimalizácia divergencie lúča stane dôležitým faktorom pri rozširovaní aplikačného rozsahu a meracích možností týchto modulov.
Lumispot
Adresa: Budova 4 #, č. 99 Furong 3rd Road, okres Xishan, Wuxi, 214000, Čína
Tel.: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Čas uverejnenia: 18. novembra 2024