Laserové moduly pro měření vzdálenosti jsou vysoce přesné nástroje široce používané v oblastech, jako je autonomní řízení, drony, průmyslová automatizace a robotika. Princip fungování těchto modulů obvykle spočívá ve vyzařování laserového paprsku a měření vzdálenosti mezi objektem a senzorem přijímáním odraženého světla. Mezi různými výkonnostními parametry laserových modulů pro měření vzdálenosti je divergence paprsku klíčovým faktorem, který přímo ovlivňuje přesnost měření, rozsah měření a výběr aplikačních scénářů.
1. Základní koncept divergence paprsku
Divergence paprsku označuje úhel, pod kterým se laserový paprsek zvětšuje v průřezu, jak se vzdaluje od laserového zářiče. Jednoduše řečeno, čím menší je divergence paprsku, tím koncentrovanější zůstává laserový paprsek během šíření; naopak, čím větší je divergence paprsku, tím širší je jeho šíření. V praktických aplikacích se divergence paprsku obvykle vyjadřuje v úhlech (stupních nebo miliradiánech).
Divergence laserového paprsku určuje, jak moc se rozprostírá na danou vzdálenost, což následně ovlivňuje velikost bodu na cílovém objektu. Pokud je divergence příliš velká, paprsek pokryje větší plochu na velkých vzdálenostech, což může snížit přesnost měření. Na druhou stranu, pokud je divergence příliš malá, může se paprsek na velkých vzdálenostech příliš zaostrit, což ztěžuje správný odraz nebo dokonce znemožňuje příjem odraženého signálu. Proto je výběr vhodné divergence paprsku klíčový pro přesnost a rozsah použití laserového modulu pro měření vzdálenosti.
2. Vliv divergence paprsku na výkon laserového modulu pro měření vzdálenosti
Divergence paprsku přímo ovlivňuje přesnost měření laserového distančního modulu. Větší divergence paprsku má za následek větší velikost bodu, což může vést k rozptýlenému odraženému světlu a nepřesným měřením. Při delších vzdálenostech může větší velikost bodu odražené světlo zeslabit, což ovlivňuje kvalitu signálu přijímaného senzorem, a tím zvyšuje chyby měření. Naproti tomu menší divergence paprsku udržuje laserový paprsek zaostřený na delší vzdálenosti, což má za následek menší velikost bodu a tím i vyšší přesnost měření. Pro aplikace vyžadující vysokou přesnost, jako je laserové skenování a přesná lokalizace, je obecně preferovanou volbou menší divergence paprsku.
Divergence paprsku je také úzce spojena s rozsahem měření. U laserových distančních modulů s velkou divergencí paprsku se laserový paprsek rychle šíří na velké vzdálenosti, čímž se oslabuje odražený signál a v konečném důsledku se omezuje efektivní rozsah měření. Větší velikost bodu může navíc způsobit, že odražené světlo přichází z více směrů, což senzoru ztěžuje přesný příjem signálu z cíle, což následně ovlivňuje výsledky měření.
Na druhou stranu menší divergence paprsku pomáhá laserovému paprsku zůstat koncentrovaný, což zajišťuje, že odražené světlo zůstává silné, a tím se rozšiřuje efektivní rozsah měření. Čím menší je tedy divergence paprsku laserového modulu pro měření vzdálenosti, tím dále se obvykle rozšiřuje efektivní rozsah měření.
Volba divergence paprsku je také úzce spjata s aplikačním scénářem laserového modulu pro měření vzdálenosti. Pro scénáře vyžadující měření na velké vzdálenosti a vysokou přesnost (jako je detekce překážek v autonomním řízení, LiDAR) se obvykle volí modul s malou divergencí paprsku, aby byla zajištěna přesná měření na velké vzdálenosti.
Pro měření na krátké vzdálenosti, skenování nebo některé systémy průmyslové automatizace může být pro zvýšení plochy pokrytí a zlepšení účinnosti měření vhodnější modul s větší divergencí paprsku.
Divergence paprsku je také ovlivněna podmínkami prostředí. Ve složitých prostředích se silnými odrazivými vlastnostmi (jako jsou průmyslové výrobní linky nebo skenování budov) může rozptyl laserového paprsku ovlivnit odraz a příjem světla. V takových případech může větší divergence paprsku pomoci pokrýt větší plochu, zvýšit sílu přijímaného signálu a snížit rušení prostředím. Na druhou stranu v jasném a ničím nerušeném prostředí může menší divergence paprsku pomoci zaměřit měření na cíl, a tím minimalizovat chyby.
3. Výběr a návrh divergence nosníku
Divergence paprsku laserového modulu pro měření vzdálenosti je obvykle určena konstrukcí laserového zářiče. Různé aplikační scénáře a požadavky vedou k rozdílům v konstrukci divergence paprsku. Níže je uvedeno několik běžných aplikačních scénářů a s nimi souvisejících možností divergence paprsku:
- Vysoce přesné měření na velké vzdálenosti:
Pro aplikace vyžadující vysokou přesnost a dlouhé měřicí vzdálenosti (jako jsou přesná měření, LiDAR a autonomní řízení) se obvykle volí menší divergence paprsku. To zajišťuje, že laserový paprsek si zachová malou velikost bodu na delších vzdálenostech, což zvyšuje jak přesnost měření, tak i dosah. Například při autonomním řízení je divergence paprsku systémů LiDAR obvykle udržována pod 1°, aby bylo možné přesně detekovat vzdálené překážky.
- Velké pokrytí s nižšími požadavky na přesnost:
V situacích, kdy je vyžadována větší oblast pokrytí, ale přesnost není tak kritická (například při lokalizaci robota a skenování prostředí), se obvykle volí větší divergence paprsku. To umožňuje laserovému paprsku pokrýt širší oblast, což zlepšuje snímací schopnosti zařízení a činí ho vhodným pro rychlé skenování nebo detekci velkých ploch.
- Měření na krátkou vzdálenost v interiéru:
Pro měření v interiéru nebo na krátkou vzdálenost může větší divergence paprsku pomoci zvýšit pokrytí laserového paprsku a snížit chyby měření v důsledku nesprávných úhlů odrazu. V takových případech může větší divergence paprsku zajistit stabilní výsledky měření zvětšením velikosti měřicí stopy.
4. Závěr
Divergence paprsku je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících výkon laserových modulů pro měření vzdálenosti. Přímo ovlivňuje přesnost měření, rozsah měření a výběr aplikačních scénářů. Správný návrh divergence paprsku může zlepšit celkový výkon laserového modulu pro měření vzdálenosti a zajistit jeho stabilitu a účinnost v různých aplikacích. S neustálým vývojem technologie laserového měření vzdálenosti se optimalizace divergence paprsku stane důležitým faktorem pro rozšíření aplikačního rozsahu a měřicích možností těchto modulů.
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 zveřejnění: 18. listopadu 2024