Laseravståndsmätningsmoduler är högprecisionsverktyg som används flitigt inom områden som autonom körning, drönare, industriell automation och robotik. Funktionsprincipen för dessa moduler innebär vanligtvis att de avger en laserstråle och mäter avståndet mellan objektet och sensorn genom att ta emot det reflekterade ljuset. Bland de olika prestandaparametrarna för laseravståndsmätningsmoduler är stråldivergens en avgörande faktor som direkt påverkar mätnoggrannheten, mätområdet och valet av tillämpningsscenarier.
1. Grundläggande koncept för stråldivergens
Stråldivergens avser den vinkel vid vilken laserstrålen ökar i tvärsnittsstorlek ju längre den rör sig från lasersändaren. Enklare uttryckt, ju mindre stråldivergensen är, desto mer koncentrerad förblir laserstrålen under utbredningen; omvänt, ju större stråldivergensen är, desto bredare sprider sig strålen. I praktiska tillämpningar uttrycks stråldivergensen vanligtvis i vinklar (grader eller milliradianer).
Laserstrålens divergens avgör hur mycket den sprider sig över ett givet avstånd, vilket i sin tur påverkar punktstorleken på målobjektet. Om divergensen är för stor kommer strålen att täcka ett större område på långa avstånd, vilket kan minska mätnoggrannheten. Å andra sidan, om divergensen är för liten, kan strålen bli för fokuserad på långa avstånd, vilket gör det svårt att reflektera ordentligt eller till och med förhindra mottagandet av den reflekterade signalen. Därför är det avgörande att välja en lämplig stråldivergens för noggrannheten och tillämpningsområdet för en laseravståndsmätningsmodul.
2. Stråldivergens inverkan på laseravståndsmätningsmodulens prestanda
Stråldivergens påverkar direkt laseravståndsmodulens mätnoggrannhet. En större stråldivergens resulterar i en större punktstorlek, vilket kan leda till spritt reflekterat ljus och felaktiga mätningar. Vid längre avstånd kan en större punktstorlek försvaga det reflekterade ljuset, vilket påverkar signalkvaliteten som tas emot av sensorn och därmed ökar mätfelen. Däremot håller en mindre stråldivergens laserstrålen fokuserad över längre avstånd, vilket resulterar i en mindre punktstorlek och därmed högre mätnoggrannhet. För tillämpningar som kräver hög precision, såsom laserskanning och exakt lokalisering, är en mindre stråldivergens i allmänhet det föredragna valet.
Stråldivergens är också nära relaterad till mätområdet. För laseravståndsmoduler med stor stråldivergens kommer laserstrålen att sprida sig snabbt över långa avstånd, vilket försvagar den reflekterade signalen och i slutändan begränsar det effektiva mätområdet. Dessutom kan en större punktstorlek göra att reflekterat ljus kommer från flera riktningar, vilket gör det svårt för sensorn att korrekt ta emot signalen från målet, vilket i sin tur påverkar mätresultaten.
Å andra sidan bidrar en mindre stråldivergens till att laserstrålen förblir koncentrerad, vilket säkerställer att det reflekterade ljuset förblir starkt och därmed utökar det effektiva mätområdet. Ju mindre stråldivergensen hos en laseravståndsmätningsmodul är, desto längre sträcker sig vanligtvis det effektiva mätområdet.
Valet av stråldivergens är också nära kopplat till tillämpningsscenariot för laseravståndsmätningsmodulen. För scenarier som kräver mätningar med lång räckvidd och hög precision (såsom hinderdetektering vid autonom körning, LiDAR) väljs vanligtvis en modul med liten stråldivergens för att säkerställa noggranna mätningar på långa avstånd.
För mätningar på korta avstånd, skanning eller vissa industriella automationssystem kan en modul med större stråldivergens vara att föredra för att öka täckningsområdet och förbättra mäteffektiviteten.
Stråldivergens påverkas också av miljöförhållanden. I komplexa miljöer med starka reflektionsegenskaper (som industriella produktionslinjer eller byggnadsskanning) kan laserstrålens spridning påverka ljusreflektionen och mottagningen. I sådana fall kan en större stråldivergens hjälpa genom att täcka ett större område, öka styrkan på den mottagna signalen och minska miljöstörningar. Å andra sidan, i klara, obehindrade miljöer, kan en mindre stråldivergens hjälpa till att fokusera mätningen på målet och därmed minimera fel.
3. Val och utformning av stråldivergens
Stråldivergensen hos en laseravståndsmätningsmodul bestäms vanligtvis av lasersändarens design. Olika tillämpningsscenarier och krav resulterar i variationer i stråldivergensdesignen. Nedan följer flera vanliga tillämpningsscenarier och deras tillhörande stråldivergensval:
- Hög precision och långdistansmätning:
För tillämpningar som kräver både hög precision och långa mätavstånd (såsom exakta mätningar, LiDAR och autonom körning) väljs generellt en mindre stråldivergens. Detta säkerställer att laserstrålen bibehåller en liten punktstorlek över längre avstånd, vilket förbättrar både mätnoggrannheten och räckvidden. Till exempel, vid autonom körning hålls stråldivergensen i LiDAR-system vanligtvis under 1° för att exakt detektera avlägsna hinder.
- Stor täckning med lägre precisionskrav:
I scenarier där ett större täckningsområde krävs, men precision inte är lika kritisk (såsom robotlokalisering och miljöskanning), väljs vanligtvis en större stråldivergens. Detta gör att laserstrålen kan täcka ett större område, vilket förbättrar enhetens avkänningsförmåga och gör den lämplig för snabb skanning eller detektering av stora områden.
- Mätning på korta avstånd inomhus:
För inomhus- eller kortdistansmätningar kan en större stråldivergens bidra till att öka laserstrålens täckning, vilket minskar mätfel på grund av felaktiga reflektionsvinklar. I sådana fall kan en större stråldivergens säkerställa stabila mätresultat genom att öka punktstorleken.
4. Slutsats
Stråldivergens är en av de viktigaste faktorerna som påverkar prestandan hos laseravståndsmätningsmoduler. Den påverkar direkt mätnoggrannheten, mätområdet och valet av tillämpningsscenarier. Korrekt design av stråldivergens kan förbättra laseravståndsmätningsmodulens övergripande prestanda och säkerställa dess stabilitet och effektivitet i olika tillämpningar. I takt med att laseravståndsmätningstekniken fortsätter att utvecklas kommer optimering av stråldivergens att bli en viktig faktor för att utöka tillämpningsområdet och mätmöjligheterna hos dessa moduler.
Lumispot
Adress: Byggnad 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan-distriktet Wuxi, 214000, Kina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Publiceringstid: 18 november 2024