I moduli di misurazione della distanza laser sono strumenti ad alta precisione ampiamente utilizzati in campi come guida autonoma, droni, automazione industriale e robotica. Il principio di lavoro di questi moduli in genere comporta l'emissione di un raggio laser e la misurazione della distanza tra l'oggetto e il sensore ricevendo la luce riflessa. Tra i vari parametri di prestazione dei moduli di misurazione della distanza laser, la divergenza del raggio è un fattore cruciale che influenza direttamente l'accuratezza della misurazione, l'intervallo di misurazione e la scelta degli scenari di applicazione.
1. Concetto di base di divergenza del raggio
La divergenza del raggio si riferisce all'angolo in cui il raggio laser aumenta di dimensioni trasversali mentre viaggia più lontano dall'emettitore laser. In termini più semplici, più piccola è la divergenza del raggio, più è concentrato il raggio laser rimane durante la propagazione; Al contrario, maggiore è la divergenza del raggio, più ampia si diffonde il raggio. In applicazioni pratiche, la divergenza del raggio è generalmente espressa in angoli (gradi o milliradiani).
La divergenza del raggio laser determina quanto si diffonde su una determinata distanza, che a sua volta influenza la dimensione del punto sull'oggetto target. Se la divergenza è troppo grande, il raggio coprirà un'area più ampia a lunghe distanze, che può ridurre la precisione di misurazione. D'altra parte, se la divergenza è troppo piccola, il raggio può essere troppo concentrato a lunghe distanze, rendendo difficile riflettere correttamente o addirittura impedire la ricezione del segnale riflesso. Pertanto, la selezione di una divergenza del raggio appropriata è cruciale per l'accuratezza e l'intervallo di applicazione di un modulo di misurazione della distanza laser.
2. Impatto della divergenza del raggio sulle prestazioni del modulo di misurazione della distanza laser
La divergenza del raggio influisce direttamente sull'accuratezza della misurazione del modulo di distanza laser. Una divergenza di raggio più grande si traduce in una dimensione del punto maggiore, che può portare a luce riflessa e misurazioni imprecise. A distanze più lunghe, una dimensione del punto maggiore può indebolire la luce riflessa, influenzando la qualità del segnale ricevuta dal sensore, aumentando così gli errori di misurazione. Al contrario, una divergenza di raggio più piccolo mantiene il raggio laser focalizzato su distanze più lunghe, con conseguenti dimensioni di spot più piccole e quindi una maggiore precisione di misurazione. Per le applicazioni che richiedono un'elevata precisione, come la scansione laser e la localizzazione precisa, una divergenza di raggio più piccolo è generalmente la scelta preferita.
La divergenza del raggio è anche strettamente correlata all'intervallo di misurazione. Per i moduli a distanza laser con grande fascia di fascia, il raggio laser si diffonderà rapidamente su lunghe distanze, indebolendo il segnale riflesso e alla fine limitando l'intervallo di misurazione efficace. Inoltre, una dimensione del punto maggiore può far sì che la luce riflessa provenga da più direzioni, rendendo difficile per il sensore ricevere accuratamente il segnale dal bersaglio, che a sua volta influenza i risultati della misurazione.
D'altra parte, una divergenza di raggio più piccolo aiuta il raggio laser a rimanere concentrato, garantendo che la luce riflessa rimanga forte e quindi estenda l'intervallo di misurazione efficace. Pertanto, minore è la divergenza del raggio di un modulo di misurazione della distanza laser, più si estende in genere l'intervallo di misurazione effettiva.
La scelta della divergenza del raggio è anche strettamente legata allo scenario dell'applicazione del modulo di misurazione della distanza laser. Per gli scenari che richiedono misurazioni a lungo raggio e ad alta precisione (come il rilevamento degli ostacoli nella guida autonoma, LIDAR), viene in genere scelto un modulo con una piccola divergenza di raggio per garantire misurazioni accurate a lunghe distanze.
Per misurazioni a breve distanza, scansione o alcuni sistemi di automazione industriale, si può preferire un modulo con una divergenza di fascio maggiore per aumentare l'area di copertura e migliorare l'efficienza di misurazione.
La divergenza del raggio è anche influenzata dalle condizioni ambientali. In ambienti complessi con forti caratteristiche riflessive (come linee di produzione industriale o scansione dell'edificio), la diffusione del raggio laser può influire sulla riflessione e la ricezione della luce. In tali casi, una divergenza di raggi più grandi può aiutare coprendo un'area più ampia, aumentando la forza del segnale ricevuto e riducendo l'interferenza ambientale. D'altra parte, in ambienti chiari e libera, una divergenza di raggi più piccoli può aiutare a focalizzare la misurazione sul bersaglio, minimizzando così gli errori.
3. Selezione e design della divergenza del raggio
La divergenza del raggio di un modulo di misurazione della distanza laser è in genere determinata dalla progettazione dell'emettitore laser. Diversi scenari di applicazione e requisiti comportano variazioni nella progettazione della divergenza del raggio. Di seguito sono riportati diversi scenari di applicazione comuni e le loro scelte di divergenza del raggio associato:
- Misurazione ad alta precisione e a lungo raggio:
Per le applicazioni che richiedono distanze sia ad alta precisione che di misurazione lunghe (come misurazioni precise, lidar e guida autonoma), viene generalmente scelta una divergenza di raggio più piccolo. Ciò garantisce che il raggio laser mantenga una piccola dimensione del punto su distanze più lunghe, migliorando sia l'accuratezza e la gamma di misurazione. Ad esempio, nella guida autonoma, la divergenza del raggio dei sistemi lidar viene in genere mantenuta al di sotto di 1 ° per rilevare accuratamente ostacoli distanti.
- Grande copertura con requisiti di precisione inferiori:
Negli scenari in cui è necessaria un'area di copertura più ampia, ma la precisione non è così critica (come la localizzazione dei robot e la scansione ambientale), in genere viene scelta una divergenza di raggio più grande. Ciò consente al raggio laser di coprire un'area più ampia, migliorare le capacità di rilevamento del dispositivo e rendendolo adatto per una rapida scansione o un rilevamento di grandi aree.
- Misurazione a breve distanza al coperto:
Per le misurazioni interne o a corto raggio, una divergenza di raggio più grande può aiutare ad aumentare la copertura del raggio laser, riducendo gli errori di misurazione dovuti a angoli di riflessione impropri. In tali casi, una divergenza di raggio più grande può garantire risultati di misurazione stabili aumentando la dimensione del punto.
4. Conclusione
La divergenza del raggio è uno dei fattori chiave che influenzano le prestazioni dei moduli di misurazione della distanza laser. Influenza direttamente l'accuratezza della misurazione, l'intervallo di misurazione e la scelta degli scenari di applicazione. La progettazione corretta della divergenza del raggio può migliorare le prestazioni complessive del modulo di misurazione della distanza laser, garantendo la sua stabilità ed efficienza tra varie applicazioni. Poiché la tecnologia di misurazione della distanza laser continua a evolversi, l'ottimizzazione della divergenza del raggio diventerà un fattore importante per estendere l'intervallo di applicazione e le capacità di misurazione di questi moduli.
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