Laserafstandsmålingsmoduler er højpræcisionsværktøjer, der er meget anvendt inden for områder som autonom kørsel, droner, industriel automatisering og robotteknologi. Funktionsprincippet for disse moduler involverer typisk at udsende en laserstråle og måle afstanden mellem objektet og sensoren ved at modtage det reflekterede lys. Blandt de forskellige ydelsesparametre for laserafstandsmålingsmoduler er stråledivergens en afgørende faktor, der direkte påvirker målenøjagtigheden, måleområdet og valget af anvendelsesscenarier.
1. Grundlæggende koncept for stråledivergens
Stråledivergens refererer til den vinkel, hvormed laserstrålens tværsnitsstørrelse øges, efterhånden som den bevæger sig længere væk fra lasersenderen. Enklere sagt, jo mindre stråledivergensen er, desto mere koncentreret forbliver laserstrålen under udbredelsen; omvendt, jo større stråledivergensen er, desto bredere spreder strålen sig. I praktiske anvendelser udtrykkes stråledivergensen normalt i vinkler (grader eller milliradianer).
Laserstrålens divergens bestemmer, hvor meget den spredes over en given afstand, hvilket igen påvirker punktstørrelsen på målobjektet. Hvis divergensen er for stor, vil strålen dække et større område over lange afstande, hvilket kan reducere målenøjagtigheden. Hvis divergensen derimod er for lille, kan strålen blive for fokuseret over lange afstande, hvilket gør det vanskeligt at reflektere korrekt eller endda forhindre modtagelse af det reflekterede signal. Derfor er det afgørende at vælge en passende stråledivergens for nøjagtigheden og anvendelsesområdet for et laserafstandsmålemodul.
2. Indvirkning af stråledivergens på laserafstandsmålingsmodulets ydeevne
Stråledivergens påvirker direkte laserafstandsmodulets målenøjagtighed. En større stråledivergens resulterer i en større punktstørrelse, hvilket kan føre til spredt reflekteret lys og unøjagtige målinger. Ved længere afstande kan en større punktstørrelse svække det reflekterede lys, hvilket påvirker signalkvaliteten, som sensoren modtager, og dermed øger målefejl. I modsætning hertil holder en mindre stråledivergens laserstrålen fokuseret over længere afstande, hvilket resulterer i en mindre punktstørrelse og dermed højere målenøjagtighed. Til applikationer, der kræver høj præcision, såsom laserscanning og præcis lokalisering, er en mindre stråledivergens generelt det foretrukne valg.
Stråledivergens er også tæt forbundet med måleområdet. For laserafstandsmoduler med stor stråledivergens vil laserstrålen sprede sig hurtigt over lange afstande, hvilket svækker det reflekterede signal og i sidste ende begrænser det effektive måleområde. Derudover kan en større punktstørrelse forårsage, at reflekteret lys kommer fra flere retninger, hvilket gør det vanskeligt for sensoren at modtage signalet fra målet præcist, hvilket igen påvirker måleresultaterne.
På den anden side hjælper en mindre stråledivergens laserstrålen med at forblive koncentreret, hvilket sikrer, at det reflekterede lys forbliver stærkt og dermed udvider det effektive måleområde. Derfor gælder det, at jo mindre stråledivergensen på et laserafstandsmålemodul er, desto længere strækker det effektive måleområde sig typisk.
Valget af stråledivergens er også tæt knyttet til anvendelsesscenariet for laserafstandsmålemodulet. Til scenarier, der kræver langdistance- og højpræcisionsmålinger (såsom forhindringsdetektion i autonom kørsel, LiDAR), vælges typisk et modul med en lille stråledivergens for at sikre nøjagtige målinger over lange afstande.
Til målinger over korte afstande, scanning eller visse industrielle automatiseringssystemer kan et modul med en større stråledivergens være at foretrække for at øge dækningsområdet og forbedre måleeffektiviteten.
Stråledivergens påvirkes også af miljøforhold. I komplekse miljøer med stærke reflekterende egenskaber (såsom industrielle produktionslinjer eller bygningsscanning) kan spredningen af laserstrålen påvirke refleksionen og modtagelsen af lys. I sådanne tilfælde kan en større stråledivergens hjælpe ved at dække et større område, øge styrken af det modtagne signal og reducere miljøforstyrrelser. På den anden side kan en mindre stråledivergens i klare, uhindrede miljøer hjælpe med at fokusere målingen på målet og dermed minimere fejl.
3. Valg og design af stråledivergens
Stråledivergensen for et laserafstandsmålemodul bestemmes typisk af laseremitterens design. Forskellige anvendelsesscenarier og krav resulterer i variationer i stråledivergensdesign. Nedenfor er flere almindelige anvendelsesscenarier og deres tilhørende stråledivergensvalg:
- Høj præcision og langdistancemåling:
Til applikationer, der kræver både høj præcision og lange måleafstande (såsom præcise målinger, LiDAR og autonom kørsel), vælges generelt en mindre stråledivergens. Dette sikrer, at laserstrålen opretholder en lille punktstørrelse over længere afstande, hvilket forbedrer både målenøjagtighed og rækkevidde. For eksempel holdes stråledivergensen i LiDAR-systemer i autonom kørsel typisk under 1° for præcist at detektere fjerne forhindringer.
- Stor dækning med lavere præcisionskrav:
I scenarier, hvor et større dækningsområde er påkrævet, men præcision ikke er så kritisk (såsom robotlokalisering og miljøscanning), vælges typisk en større stråledivergens. Dette gør det muligt for laserstrålen at dække et bredere område, hvilket forbedrer enhedens registreringsevne og gør den velegnet til hurtig scanning eller detektion af store områder.
- Indendørs kortdistancemåling:
Til indendørs eller kortdistancemålinger kan en større stråledivergens bidrage til at øge laserstrålens dækning og dermed reducere målefejl på grund af ukorrekte reflektionsvinkler. I sådanne tilfælde kan en større stråledivergens sikre stabile måleresultater ved at øge punktstørrelsen.
4. Konklusion
Stråledivergens er en af nøglefaktorerne, der påvirker ydeevnen af laserafstandsmålemoduler. Det påvirker direkte målenøjagtigheden, måleområdet og valget af anvendelsesscenarier. Korrekt design af stråledivergens kan forbedre laserafstandsmålemodulets samlede ydeevne og sikre dets stabilitet og effektivitet på tværs af forskellige anvendelser. Efterhånden som laserafstandsmåleteknologien fortsætter med at udvikle sig, vil optimering af stråledivergens blive en vigtig faktor i at udvide disse modulers anvendelsesområde og målekapacitet.
Lumispot
Adresse: Bygning 4 #, No.99 Furong 3rd Road, Xishan District. Wuxi, 214000, Kina
Tlf.: + 86-0510 87381808.
Mobil: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Opslagstidspunkt: 18. november 2024