סטיית קרן של מודולי מדידת מרחק לייזר והשפעתה על ביצועי המדידה

מודולי מדידת מרחק לייזר הם כלים לדיוק גבוה הנמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו נהיגה אוטונומית, מל"טים, אוטומציה תעשייתית ורובוטיקה. העיקרון העובד של מודולים אלה כרוך בדרך כלל בפליטת קרן לייזר ומדידת המרחק בין האובייקט לחיישן על ידי קבלת האור המשתקף. בין פרמטרי הביצועים השונים של מודולי מדידת מרחק לייזר, סטיית קרן היא גורם מכריע המשפיע ישירות על דיוק המדידה, טווח המדידה ובחירת תרחישי היישום.

1. הרעיון הבסיסי של סטיית הקורות

סטיית קרן מתייחסת לזווית בה קרן הלייזר עולה בגודל חתך רוחב כשהוא נוסע רחוק יותר מפולט הלייזר. במונחים פשוטים יותר, ככל שסטיית הקורה קטנה יותר, כך נשארת קרן הלייזר מרוכזת יותר במהלך ההתפשטות; לעומת זאת, ככל שסטיית הקורה גדולה יותר, כך התפשטות הקורה רחבה יותר. ביישומים מעשיים, סטיית הקורה מתבטאת בדרך כלל בזוויות (מעלות או מילירדים).

הסטייה של קרן הלייזר קובעת כמה היא מתפשטת על מרחק נתון, מה שבתורו משפיע על גודל הנקודה על אובייקט היעד. אם הסטייה גדולה מדי, הקורה תכסה שטח גדול יותר במרחקים ארוכים, מה שיכול להפחית את דיוק המדידה. מצד שני, אם הסטייה קטנה מדי, הקורה עשויה להיות ממוקדת מדי במרחקים ארוכים, מה שמקשה על ההרהור כראוי או אפילו למנוע את קבלת האות המשתקף. לפיכך, בחירת סטייה מתאימה של קרן היא קריטית לדיוק וטווח היישומים של מודול מדידת מרחק לייזר.

2. השפעת סטיית הקורה על ביצועי מודול מדידת מרחק הלייזר

סטיית קרן משפיעה ישירות על דיוק המדידה של מודול מרחק הלייזר. סטייה גדולה יותר של קרן גורמת לגודל נקודה גדול יותר, שיכול להוביל למדידות אור משתקפות ומידידות לא מדויקות. במרחקים ארוכים יותר, גודל ספוט גדול יותר יכול להחליש את האור המוחזר, ולהשפיע על איכות האות שהתקבל על ידי החיישן, ובכך להגדיל את שגיאות המדידה. לעומת זאת, סטיית קרן קטנה יותר שומרת על קרן הלייזר ממוקדת לאורך מרחקים ארוכים יותר, וכתוצאה מכך גודל נקודה קטן יותר ובכך 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 קשורה גם היא קשר הדוק לטווח המדידה. עבור מודולי מרחק לייזר עם סטייה גדולה של קרן, קרן הלייזר תתפשט במהירות על מרחקים ארוכים, ויחלישה את האות המשתקף ובסופו של דבר להגביל את טווח המדידה היעיל. בנוסף, גודל נקודה גדול יותר יכול לגרום לאור משתקף להגיע מכיוונים מרובים, מה שמקשה על החיישן לקבל במדויק את האות מהיעד, מה שבתורו משפיע על תוצאות המדידה.

מצד שני, סטיית קרן קטנה יותר מסייעת לקרן הלייזר להישאר מרוכזת, ומבטיחה שהאור המשתקף יישאר חזק ובכך מרחיב את טווח המדידה היעיל. לפיכך, ככל שסטיית הקורה קטנה יותר של מודול מדידת מרחק לייזר, ככל שמטווח המדידה האפקטיבי נמשך בדרך כלל.

הבחירה בסטיית הקורה קשורה גם היא קשר הדוק לתרחיש היישום של מודול מדידת מרחק הלייזר. לתרחישים הדורשים מדידות ארוכות טווח ודיוק גבוה (כגון גילוי מכשולים בנהיגה אוטונומית, LIDAR), בדרך כלל נבחר מודול עם סטיית קרן קטנה כדי להבטיח מדידות מדויקות במרחקים ארוכים.

למדידות למרחקים קצרים, סריקה או מערכות אוטומציה תעשייתיות מסוימות, עשוי להעדיף מודול עם סטייה גדולה יותר של קרן כדי להגדיל את שטח הכיסוי ולשפר את יעילות המדידה.

סטיית קרן מושפעת גם מתנאים סביבתיים. בסביבות מורכבות עם מאפיינים רפלקטיביים חזקים (כמו קווי ייצור תעשייתיים או סריקת בנייה), התפשטות קרן הלייזר עשויה להשפיע על השתקפות וקבלת האור. במקרים כאלה, סטיית קרן גדולה יותר יכולה לעזור על ידי כיסוי שטח גדול יותר, הגברת חוזק האות שהתקבל ולהפחית את ההפרעות הסביבתיות. מצד שני, בסביבות ברורות, ללא הפרעה, סטיית קרן קטנה יותר יכולה לעזור למקד את המדידה במטרה, ובכך למזער שגיאות.

3. בחירה ועיצוב של סטיית קרן

סטיית הקורה של מודול מדידת מרחק לייזר נקבעת בדרך כלל על ידי תכנון פולט הלייזר. תרחישי יישומים שונים ודרישות גורמים לשונות בעיצוב סטיית הקורות. להלן מספר תרחישי יישומים נפוצים ובחירות הסטייה שלהם בקורות:

• מדידה גבוהה ומדידה לטווח הארוך:

עבור יישומים הדורשים מרחקי מדידה דיוק גבוהים וגם מרחקי מדידה ארוכים (כגון מדידות מדויקות, LIDAR ונהיגה אוטונומית), בדרך כלל נבחר סטייה קטנה יותר של קרן. זה מבטיח כי קרן הלייזר שומרת על גודל נקודה קטן לאורך מרחקים ארוכים יותר, ומשפרת הן את דיוק המדידה והן את הטווח. לדוגמה, בנהיגה אוטונומית, סטיית הקורה של מערכות LIDAR נשמרת בדרך כלל מתחת ל -1 מעלות כדי לאתר במדויק מכשולים רחוקים.

• כיסוי גדול עם דרישות דיוק נמוכות יותר:

בתרחישים שבהם נדרש אזור כיסוי גדול יותר, אך הדיוק אינו קריטי באותה מידה (כמו לוקליזציה של רובוט וסריקה סביבתית), בדרך כלל נבחר סטייה גדולה יותר של קרן. זה מאפשר לקרן הלייזר לכסות שטח רחב יותר, לשפר את יכולות החישה של המכשיר ולהפוך אותו למתאים לסריקה מהירה או גילוי שטח גדול.

• מדידה מקורה למרחקים קצרים:

למדידות מקורות או לטווח קצר, סטיית קרן גדולה יותר יכולה לעזור להגדיל את הכיסוי של קרן הלייזר, ולהפחית את שגיאות המדידה כתוצאה מזוויות השתקפות לא נכונות. במקרים כאלה, סטיית קרן גדולה יותר יכולה להבטיח תוצאות מדידה יציבות על ידי הגדלת גודל הספוט.

4. מסקנה

סטיית קרן היא אחד הגורמים העיקריים המשפיעים על הביצועים של מודולי מדידת מרחק לייזר. זה משפיע ישירות על דיוק המדידה, טווח המדידה ועל הבחירה בתרחישי יישומים. תכנון נכון של סטיית קרן יכול לשפר את הביצועים הכוללים של מודול מדידת מרחק הלייזר, ולהבטיח את יציבותו ויעילותו על פני יישומים שונים. כאשר טכנולוגיית מדידת מרחק לייזר ממשיכה להתפתח, אופטימיזציה של סטיית קרן תהפוך לגורם חשוב בהרחבת טווח היישומים ויכולות המדידה של מודולים אלה.

Lumispot

כתובת: בניין 4 #, No.99 Furong Road 3, Xishan Dist. WUXI, 214000, סין

טל ': + 86-0510 87381808.

נייד: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn