Laseravståndsmätningsmoduler är högprecisionsverktyg som ofta används inom områden som autonom körning, drönare, industriell automation och robotik. Funktionsprincipen för dessa moduler innebär vanligtvis att sända ut en laserstråle och mäta 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. Grundkonceptet för stråldivergens
Stråldivergens hänvisar till den vinkel med vilken laserstrålen ökar i tvärsnittsstorlek när den förflyttar sig längre från lasersändaren. I enklare termer, ju mindre stråldivergensen är, desto mer koncentrerad förblir laserstrålen under fortplantningen; omvänt, ju större stråldivergensen är, desto bredare sprids strålen. I praktiska tillämpningar uttrycks stråldivergensen vanligtvis i vinklar (grader eller milliradianer).
Laserstrålens divergens avgör hur mycket den sprids över ett givet avstånd, vilket i sin tur påverkar fläckstorleken 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 valet av en lämplig stråldivergens avgörande för noggrannheten och tillämpningsområdet för en laseravståndsmätningsmodul.
2. Inverkan av stråldivergens på prestanda för laseravståndsmätningsmodul
Stråldivergens påverkar direkt mätnoggrannheten för laseravståndsmodulen. En större stråldivergens resulterar i en större fläckstorlek, vilket kan leda till spritt reflekterat ljus och felaktiga mätningar. På längre avstånd kan en större punktstorlek försvaga det reflekterade ljuset, vilket påverkar signalkvaliteten som tas emot av sensorn, vilket 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 relaterat till mätområdet. För laseravståndsmoduler med stor stråldivergens sprids laserstrålen 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 hjälper en mindre stråldivergens att laserstrålen förblir koncentrerad, vilket säkerställer att det reflekterade ljuset förblir starkt och därmed utökar det effektiva mätområdet. Därför, ju mindre stråldivergensen är för en laseravståndsmätningsmodul, desto längre sträcker sig det effektiva mätområdet typiskt.
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 en liten stråldivergens för att säkerställa noggranna mätningar på långa avstånd.
För kortdistansmätningar, skanning eller vissa industriella automationssystem kan en modul med en större stråldivergens vara att föredra för att öka täckningsområdet och förbättra mätningseffektiviteten.
Stråldivergens påverkas också av miljöförhållanden. I komplexa miljöer med starka reflekterande egenskaper (som industriella produktionslinjer eller byggnadsskanning) kan spridningen av laserstrålen påverka reflektionen och mottagningen av ljus. I sådana fall kan en större stråldivergens hjälpa till genom att täcka ett större område, öka styrkan på den mottagna signalen och minska miljöstörningar. Å andra sidan, i klara, fria miljöer kan en mindre stråldivergens hjälpa till att fokusera mätningen på målet, vilket minimerar fel.
3. Val och design av stråldivergens
Stråldivergensen för en laseravståndsmätningsmodul bestäms typiskt av utformningen av lasersändaren. Olika tillämpningsscenarier och krav resulterar i variationer i stråldivergensdesign. Nedan finns flera vanliga tillämpningsscenarier och deras associerade stråldivergensval:
- Hög precision och långdistansmätning:
För applikationer som kräver både hög precision och långa mätavstånd (såsom exakta mätningar, LiDAR och autonom körning) väljs i allmänhet en mindre stråldivergens. Detta säkerställer att laserstrålen bibehåller en liten punktstorlek över längre avstånd, vilket förbättrar både mätnoggrannhet och räckvidd. Till exempel, vid autonom körning, hålls stråldivergensen för LiDAR-system vanligtvis under 1° för att exakt detektera avlägsna hinder.
- Stor täckning med lägre precisionskrav:
I scenarier där ett större täckningsområde krävs, men precisionen inte är lika kritisk (som robotlokalisering och miljöskanning), väljs vanligtvis en större stråldivergens. Detta gör att laserstrålen kan täcka ett större område, vilket förbättrar enhetens avkänningskapacitet och gör den lämplig för snabb skanning eller detektering av stora områden.
- Kortdistansmätning inomhus:
För inomhus- eller kortdistansmätningar kan en större stråldivergens hjälpa 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 fläckstorleken.
4. Slutsats
Stråldivergens är en av nyckelfaktorerna som påverkar prestanda hos laseravståndsmätningsmoduler. Det påverkar direkt mätnoggrannheten, mätområdet och valet av tillämpningsscenarier. Korrekt design av stråldivergens kan förbättra den övergripande prestandan för laseravståndsmätningsmodulen, vilket säkerställer dess stabilitet och effektivitet i olika applikationer. När tekniken för laseravståndsmätning fortsätter att utvecklas kommer optimering av stråldivergens att bli en viktig faktor för att utöka tillämpningsområdet och mätmöjligheterna för dessa moduler.
Lumispot
Adress: Building 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kina
Tel: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Posttid: 2024-nov-18