Laseretäisyysmittausmoduulit ovat erittäin tarkkoja työkaluja, joita käytetään laajalti esimerkiksi autonomisessa ajamisessa, droneissa, teollisuusautomaatiossa ja robotiikassa. Näiden moduulien toimintaperiaatteena on tyypillisesti lasersäteen lähettäminen ja kohteen ja anturin välisen etäisyyden mittaaminen heijastuneen valon vastaanottamisen avulla. Laseretäisyysmittausmoduulien eri suorituskykyparametreista säteen hajaantuminen on ratkaiseva tekijä, joka vaikuttaa suoraan mittaustarkkuuteen, mittausalueeseen ja sovellusvaihtoehtojen valintaan.
1. Säteen divergenssin peruskäsite
Säteen hajaantuminen viittaa kulmaan, jossa lasersäteen poikkileikkauskoko kasvaa sen kulkiessa kauemmas lasersäteilijästä. Yksinkertaisemmin sanottuna mitä pienempi säteen hajaantuminen on, sitä keskittyneempänä lasersäde pysyy etenemisen aikana; päinvastoin, mitä suurempi säteen hajaantuminen on, sitä leveämmälle säde leviää. Käytännön sovelluksissa säteen hajaantuminen ilmaistaan yleensä kulmina (asteina tai milliradiaaneina).
Lasersäteen hajaantuminen määrää, kuinka paljon se leviää tietyllä etäisyydellä, mikä puolestaan vaikuttaa kohteen pisteen kokoon. Jos hajaantuminen on liian suuri, säde peittää suuremman alueen pitkillä etäisyyksillä, mikä voi heikentää mittaustarkkuutta. Toisaalta, jos hajaantuminen on liian pieni, säde voi tarkentua liikaa pitkillä etäisyyksillä, mikä vaikeuttaa sen kunnollista heijastumista tai jopa estää heijastuneen signaalin vastaanottamisen. Siksi sopivan sädehajonnan valinta on ratkaisevan tärkeää laseretäisyysmittausmoduulin tarkkuuden ja käyttöalueen kannalta.
2. Säteen hajaantumisen vaikutus laseretäisyysmittausmoduulin suorituskykyyn
Säteen hajaantuminen vaikuttaa suoraan laseretäisyysmoduulin mittaustarkkuuteen. Suurempi säteen hajaantuminen johtaa suurempaan pistekokoon, mikä voi johtaa heijastuneen valon sirontaan ja epätarkkoihin mittauksiin. Pidemmillä etäisyyksillä suurempi pistekoko voi heikentää heijastunutta valoa, mikä vaikuttaa anturin vastaanottaman signaalin laatuun ja lisää siten mittausvirheitä. Sitä vastoin pienempi säteen hajaantuminen pitää lasersäteen keskittyneenä pidemmillä etäisyyksillä, mikä johtaa pienempään pistekokoon ja siten suurempaan mittaustarkkuuteen. Suurta tarkkuutta vaativissa sovelluksissa, kuten laserskannauksessa ja tarkassa paikannuksessa, pienempi säteen hajaantuminen on yleensä ensisijainen valinta.
Säteen hajaantuminen liittyy myös läheisesti mittausalueeseen. Suuren säteen hajaantumisen omaavissa laseretäisyysmoduuleissa lasersäde leviää nopeasti pitkien matkojen päähän, heikentäen heijastunutta signaalia ja lopulta rajoittaen tehokasta mittausaluetta. Lisäksi suurempi täplän koko voi aiheuttaa heijastuneen valon tulevan useista suunnista, mikä vaikeuttaa anturin signaalin tarkkaa vastaanottamista kohteesta, mikä puolestaan vaikuttaa mittaustuloksiin.
Toisaalta pienempi säteen hajaantuminen auttaa lasersädettä pysymään keskittyneenä, mikä varmistaa, että heijastunut valo pysyy voimakkaana ja siten laajentaa tehokasta mittausaluetta. Siksi mitä pienempi laseretäisyysmittausmoduulin säteen hajaantuminen on, sitä pidemmälle tehokas mittausalue tyypillisesti ulottuu.
Säteen hajaantuvuuden valinta on myös läheisesti sidoksissa laseretäisyysmittausmoduulin käyttöskenaarioon. Tilanteissa, jotka vaativat pitkän kantaman ja suurta tarkkuutta mittaavia tekijöitä (kuten esteiden havaitseminen autonomisessa ajamisessa, LiDAR), valitaan tyypillisesti moduuli, jolla on pieni säteen hajaantuvuus, jotta voidaan varmistaa tarkat mittaukset pitkillä etäisyyksillä.
Lyhyen matkan mittauksissa, skannauksessa tai joissakin teollisuusautomaatiojärjestelmissä voi olla parempi käyttää moduulia, jolla on suurempi säteen hajaantuminen, jotta peittoalue kasvaa ja mittaustehokkuus paranee.
Myös ympäristöolosuhteet vaikuttavat säteen hajaannukseen. Monimutkaisissa ympäristöissä, joissa on voimakkaat heijastavat ominaisuudet (kuten teollisuuden tuotantolinjoilla tai rakennusten skannauksessa), lasersäteen leviäminen voi vaikuttaa valon heijastumiseen ja vastaanottoon. Tällaisissa tapauksissa suurempi säteen hajaantuminen voi auttaa peittämällä suuremman alueen, lisäämällä vastaanotetun signaalin voimakkuutta ja vähentämällä ympäristön häiriöitä. Toisaalta selkeissä, esteettömissä ympäristöissä pienempi säteen hajaantuminen voi auttaa tarkentamaan mittausta kohteeseen ja minimoimaan siten virheet.
3. Säteen hajaantumisen valinta ja suunnittelu
Laseretäisyysmittausmoduulin säteen hajaantuminen määräytyy tyypillisesti lasersäteilijän rakenteen mukaan. Erilaiset sovellusskenaariot ja vaatimukset johtavat säteen hajaantumisen suunnittelun vaihteluihin. Alla on useita yleisiä sovellusskenaarioita ja niihin liittyviä säteen hajaantumisen vaihtoehtoja:
- Korkean tarkkuuden ja pitkän kantaman mittaus:
Sovelluksissa, jotka vaativat sekä suurta tarkkuutta että pitkiä mittausetäisyyksiä (kuten tarkat mittaukset, LiDAR ja autonominen ajo), valitaan yleensä pienempi säteen hajaantuminen. Tämä varmistaa, että lasersäde säilyttää pienen pistekoon pidemmillä etäisyyksillä, mikä parantaa sekä mittaustarkkuutta että -aluetta. Esimerkiksi autonomisessa ajamisessa LiDAR-järjestelmien säteen hajaantuminen pidetään tyypillisesti alle 1°:n, jotta kaukaiset esteet voidaan havaita tarkasti.
- Laaja peittoalue pienemmillä tarkkuusvaatimuksilla:
Tilanteissa, joissa tarvitaan suurempaa peittoaluetta, mutta tarkkuus ei ole yhtä tärkeää (kuten robottien paikantamisessa ja ympäristön skannauksessa), valitaan tyypillisesti suurempi säteen hajaantuminen. Tämä mahdollistaa lasersäteen peittämisen laajemmalla alueella, mikä parantaa laitteen tunnistusominaisuuksia ja tekee siitä sopivan nopeaan skannaukseen tai laajojen alueiden havaitsemiseen.
- Sisätilojen lyhyen matkan mittaus:
Sisätiloissa tai lyhyen kantaman mittauksissa suurempi säteen hajaantuminen voi auttaa parantamaan lasersäteen peittoaluetta ja vähentämään virheellisten heijastuskulmien aiheuttamia mittausvirheitä. Tällaisissa tapauksissa suurempi säteen hajaantuminen voi varmistaa vakaat mittaustulokset lisäämällä pisteen kokoa.
4. Johtopäätös
Säteen hajaantuminen on yksi keskeisimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat laseretäisyysmittausmoduulien suorituskykyyn. Se vaikuttaa suoraan mittaustarkkuuteen, mittausalueeseen ja sovellusvaihtoehtojen valintaan. Säteen hajaantumisen asianmukainen suunnittelu voi parantaa laseretäisyysmittausmoduulin yleistä suorituskykyä varmistaen sen vakauden ja tehokkuuden eri sovelluksissa. Laseretäisyysmittausteknologian kehittyessä säteen hajaantumisen optimoinnista tulee tärkeä tekijä näiden moduulien sovellusalueen ja mittausominaisuuksien laajentamisessa.
Lumispot
Osoite: Rakennus 4 #, nro 99 Furong 3rd Road, Xishan Dist. Wuxi, 214000, Kiina
Puh: + 86-0510 87381808.
Matkapuhelin: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Julkaisun aika: 18.11.2024