סטיית קרן של מודולי מדידת מרחק בלייזר והשפעתה על ביצועי המדידה

מודולי מדידת מרחק בלייזר הם כלים מדויקים ביותר הנמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו נהיגה אוטונומית, רחפנים, אוטומציה תעשייתית ורובוטיקה. עקרון הפעולה של מודולים אלה כרוך בדרך כלל בפליטת קרן לייזר ומדידת המרחק בין האובייקט לחיישן על ידי קליטת האור המוחזר. מבין פרמטרי הביצועים השונים של מודולי מדידת מרחק בלייזר, סטיית קרן היא גורם מכריע המשפיע ישירות על דיוק המדידה, טווח המדידה ובחירת תרחישי היישום.

1. מושג בסיסי של סטיית קרן

סטיית קרן מתייחסת לזווית שבה קרן הלייזר גדלה בגודל חתך הרוחב ככל שהיא מתרחקת מפולט הלייזר. במילים פשוטות יותר, ככל שסטיית הקרן קטנה יותר, כך קרן הלייזר נשארת מרוכזת יותר במהלך ההתפשטות; לעומת זאת, ככל שסטיית הקרן גדולה יותר, כך הקרן מתפשטת יותר. ביישומים מעשיים, סטיית הקרן מתבטאת בדרך כלל בזוויות (מעלות או מילי-רדיאנים).

סטיית קרן הלייזר קובעת עד כמה היא מתפשטת על פני מרחק נתון, מה שמשפיע בתורו על גודל הנקודה על עצם המטרה. אם סטיית המרחק גדולה מדי, הקרן תכסה שטח גדול יותר במרחקים ארוכים, מה שעלול להפחית את דיוק המדידה. מצד שני, אם סטיית המרחק קטנה מדי, הקרן עלולה להפוך לממוקדת מדי במרחקים ארוכים, מה שמקשה על ההחזרה כראוי או אף מונע את קליטת האות המוחזר. לכן, בחירת סטיית מרחק מתאימה היא קריטית לדיוק ולטווח היישום של מודול מדידת מרחק לייזר.

2. השפעת סטיית הקרן על ביצועי מודול מדידת מרחק בלייזר

סטיית קרן משפיעה ישירות על דיוק המדידה של מודול מרחק הלייזר. סטיית קרן גדולה יותר גורמת לגודל נקודה גדול יותר, מה שעלול להוביל לפיזור אור מוחזר ולמדידות לא מדויקות. במרחקים ארוכים יותר, גודל נקודה גדול יותר יכול להחליש את האור המוחזר, להשפיע על איכות האות הנקלט על ידי החיישן, ובכך להגדיל את שגיאות המדידה. לעומת זאת, סטיית קרן קטנה יותר שומרת על קרן הלייזר ממוקדת למרחקים ארוכים יותר, וכתוצאה מכך גודל נקודה קטן יותר ולכן דיוק מדידה גבוה יותר. עבור יישומים הדורשים דיוק גבוה, כגון סריקת לייזר ולוקליזציה מדויקת, סטיית קרן קטנה יותר היא בדרך כלל הבחירה המועדפת.

סטיית קרן הלייזר קשורה קשר הדוק גם לטווח המדידה. עבור מודולי מרחק לייזר עם סטיית קרן גדולה, קרן הלייזר תתפשט במהירות על פני מרחקים ארוכים, תחליש את האות המוחזר ובסופו של דבר תגביל את טווח המדידה האפקטיבי. בנוסף, גודל נקודה גדול יותר יכול לגרום לאור מוחזר להגיע מכיוונים מרובים, מה שמקשה על החיישן לקלוט במדויק את האות מהמטרה, מה שבתורו משפיע על תוצאות המדידה.

מצד שני, סטייה קטנה יותר של הקרן מסייעת לקרן הלייזר להישאר מרוכזת, מה שמבטיח שהאור המוחזר יישאר חזק וכך מרחיב את טווח המדידה האפקטיבי. לכן, ככל שסטיית הקרן של מודול מדידת מרחק לייזר קטנה יותר, כך טווח המדידה האפקטיבי בדרך כלל מתרחב.

בחירת סטיית הקרן קשורה קשר הדוק גם לתרחיש היישום של מודול מדידת מרחק הלייזר. עבור תרחישים הדורשים מדידות ארוכות טווח ובדיוק גבוה (כגון זיהוי מכשולים בנהיגה אוטונומית, LiDAR), מודול עם סטיית קרן קטנה נבחר בדרך כלל כדי להבטיח מדידות מדויקות במרחקים ארוכים.

עבור מדידות למרחקים קצרים, סריקה או מערכות אוטומציה תעשייתיות מסוימות, מודול עם סטיית קרן גדולה יותר עשוי להיות עדיף כדי להגדיל את שטח הכיסוי ולשפר את יעילות המדידה.

סטיית קרן הלייזר מושפעת גם מתנאי סביבה. בסביבות מורכבות בעלות מאפייני רפלקציה חזקים (כגון קווי ייצור תעשייתיים או סריקת מבנים), התפשטות קרן הלייזר עשויה להשפיע על החזרת האור וקליטתו. במקרים כאלה, סטיית קרן גדולה יותר יכולה לסייע על ידי כיסוי שטח גדול יותר, הגברת עוצמת האות הנקלט והפחתת הפרעות סביבתיות. מצד שני, בסביבות צלולות ובלתי חסומות, סטיית קרן קטנה יותר יכולה לסייע במקד את המדידה על המטרה, ובכך למזער שגיאות.

3. בחירה ותכנון של סטיית קרן

סטיית הקרן של מודול מדידת מרחק לייזר נקבעת בדרך כלל על ידי תכנון פולט הלייזר. תרחישי יישום ודרישות שונים גורמים לשונות בתכנון סטיית הקרן. להלן מספר תרחישי יישום נפוצים ואפשרויות סטיית הקרן הנלוות אליהם:

• מדידה מדויקת ומדידה לטווח ארוך:

עבור יישומים הדורשים דיוק גבוה ומרחקי מדידה ארוכים (כגון מדידות מדויקות, LiDAR ונהיגה אוטונומית), בדרך כלל נבחר סטיית קרן קטנה יותר. זה מבטיח שקרן הלייזר תשמור על גודל נקודה קטן על פני מרחקים ארוכים יותר, מה שמשפר הן את דיוק המדידה והן את הטווח. לדוגמה, בנהיגה אוטונומית, סטיית הקרן של מערכות LiDAR נשמרת בדרך כלל מתחת ל-1° כדי לזהות במדויק מכשולים רחוקים.

• כיסוי גדול עם דרישות דיוק נמוכות יותר:

בתרחישים בהם נדרש אזור כיסוי גדול יותר, אך דיוק אינו קריטי (כגון לוקליזציה רובוטית וסריקת סביבה), בדרך כלל נבחרת סטיית קרן גדולה יותר. זה מאפשר לקרן הלייזר לכסות שטח רחב יותר, לשפר את יכולות החישה של המכשיר, ולהפוך אותו למתאים לסריקה מהירה או לגילוי שטח גדול.

• מדידה למרחקים קצרים בתוך מבנים:

עבור מדידות בתוך מבנים או בטווח קצר, סטיית קרן גדולה יותר יכולה לסייע בהגדלת כיסוי קרן הלייזר, ובכך להפחית שגיאות מדידה עקב זוויות החזרה לא תקינות. במקרים כאלה, סטיית קרן גדולה יותר יכולה להבטיח תוצאות מדידה יציבות על ידי הגדלת גודל הנקודה.

4. סיכום

סטיית קרן היא אחד הגורמים המרכזיים המשפיעים על ביצועי מודולי מדידת מרחק בלייזר. היא משפיעה ישירות על דיוק המדידה, טווח המדידה ובחירת תרחישי היישום. תכנון נכון של סטיית קרן יכול לשפר את הביצועים הכוללים של מודול מדידת מרחק הלייזר, ולהבטיח את יציבותו ויעילותו ביישומים שונים. ככל שטכנולוגיית מדידת מרחק הלייזר ממשיכה להתפתח, אופטימיזציה של סטיית קרן תהפוך לגורם חשוב בהרחבת טווח היישום ויכולות המדידה של מודולים אלה.

לומיספוט

כתובת: בניין 4 #, מספר 99 דרך פורונג השלישית, מחוז שישאן, וושי, 214000, סין

טלפון: 86-0510 87381808+.

נייד: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn