تباعد شعاع وحدات قياس المسافة بالليزر وتأثيره على أداء القياس

تُعدّ وحدات قياس المسافة بالليزر أدوات عالية الدقة تُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل القيادة الذاتية، والطائرات المسيّرة، والأتمتة الصناعية، والروبوتات. ويعتمد مبدأ عمل هذه الوحدات عادةً على إطلاق شعاع ليزر وقياس المسافة بين الجسم والمستشعر من خلال استقبال الضوء المنعكس. ومن بين معايير الأداء المختلفة لوحدات قياس المسافة بالليزر، يُعدّ تباعد الشعاع عاملاً حاسماً يؤثر بشكل مباشر على دقة القياس، ونطاقه، واختيار سيناريوهات التطبيق.

1. المفهوم الأساسي لتشتت الحزمة

يشير تباعد الشعاع إلى الزاوية التي يزداد عندها حجم المقطع العرضي لشعاع الليزر كلما ابتعد عن مصدره. بعبارة أبسط، كلما قلّ تباعد الشعاع، زادت كثافة شعاع الليزر أثناء انتشاره؛ وعلى العكس، كلما زاد تباعد الشعاع، اتسع نطاق انتشاره. في التطبيقات العملية، يُعبّر عن تباعد الشعاع عادةً بالزوايا (بالدرجات أو الميلي راديان).

يُحدد تباعد شعاع الليزر مدى انتشاره على مسافة معينة، مما يؤثر بدوره على حجم البقعة على الجسم المستهدف. فإذا كان التباعد كبيرًا جدًا، سيغطي الشعاع مساحة أكبر عند المسافات البعيدة، مما قد يقلل من دقة القياس. من ناحية أخرى، إذا كان التباعد صغيرًا جدًا، فقد يصبح الشعاع شديد التركيز عند المسافات البعيدة، مما يُصعّب انعكاسه بشكل صحيح أو حتى يمنع استقبال الإشارة المنعكسة. لذلك، يُعد اختيار تباعد مناسب للشعاع أمرًا بالغ الأهمية لدقة ونطاق تطبيق وحدة قياس المسافة بالليزر.

2. تأثير تباعد الشعاع على أداء وحدة قياس المسافة بالليزر

يؤثر تباعد الشعاع بشكل مباشر على دقة قياس وحدة قياس المسافة بالليزر. يؤدي تباعد الشعاع الأكبر إلى زيادة حجم البقعة، مما قد يتسبب في تشتت الضوء المنعكس وعدم دقة القياسات. عند المسافات البعيدة، قد يؤدي كبر حجم البقعة إلى إضعاف الضوء المنعكس، مما يؤثر على جودة الإشارة التي يستقبلها المستشعر، وبالتالي يزيد من أخطاء القياس. في المقابل، يحافظ تباعد الشعاع الأصغر على تركيز شعاع الليزر على مسافات أطول، مما ينتج عنه بقعة أصغر وبالتالي دقة قياس أعلى. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية، مثل المسح الليزري وتحديد المواقع بدقة، يُفضل عمومًا استخدام تباعد شعاع أصغر.

يرتبط تباعد الشعاع ارتباطًا وثيقًا بنطاق القياس. ففي وحدات قياس المسافة بالليزر ذات التباعد الكبير للشعاع، ينتشر شعاع الليزر بسرعة على مسافات طويلة، مما يُضعف الإشارة المنعكسة ويحد في النهاية من نطاق القياس الفعال. إضافةً إلى ذلك، قد يؤدي كبر حجم البقعة إلى انعكاس الضوء من اتجاهات متعددة، مما يُصعّب على المستشعر استقبال الإشارة من الهدف بدقة، وهو ما يؤثر بدوره على نتائج القياس.

من ناحية أخرى، يُساعد انخفاض تباعد شعاع الليزر على تركيزه، مما يضمن بقاء الضوء المنعكس قويًا، وبالتالي زيادة نطاق القياس الفعال. لذا، كلما قلّ تباعد شعاع وحدة قياس المسافة بالليزر، زاد نطاق القياس الفعال عادةً.

يرتبط اختيار زاوية تباعد الشعاع ارتباطًا وثيقًا بتطبيق وحدة قياس المسافة بالليزر. ففي التطبيقات التي تتطلب قياسات دقيقة وبعيدة المدى (مثل اكتشاف العوائق في القيادة الذاتية، وتقنية الليدار)، يُختار عادةً وحدة ذات زاوية تباعد شعاع صغيرة لضمان دقة القياسات على مسافات طويلة.

بالنسبة للقياسات قصيرة المدى، أو المسح الضوئي، أو بعض أنظمة الأتمتة الصناعية، قد يفضل استخدام وحدة ذات تباعد شعاع أكبر لزيادة مساحة التغطية وتحسين كفاءة القياس.

يتأثر تباعد الشعاع أيضًا بالظروف البيئية. ففي البيئات المعقدة ذات الخصائص العاكسة القوية (مثل خطوط الإنتاج الصناعية أو مسح المباني)، قد يؤثر انتشار شعاع الليزر على انعكاس الضوء واستقباله. في مثل هذه الحالات، يُفيد تباعد الشعاع الأكبر في تغطية مساحة أوسع، وزيادة قوة الإشارة المستقبلة، وتقليل التداخل البيئي. من ناحية أخرى، في البيئات الصافية الخالية من العوائق، يُساعد تباعد الشعاع الأصغر في تركيز القياس على الهدف، وبالتالي تقليل الأخطاء.

3. اختيار وتصميم تباعد الحزمة

يُحدد تصميم باعث الليزر عادةً تباعد شعاع وحدة قياس المسافة بالليزر. وتؤدي سيناريوهات التطبيق المختلفة ومتطلباتها إلى اختلافات في تصميم تباعد الشعاع. فيما يلي بعض سيناريوهات التطبيق الشائعة وخيارات تباعد الشعاع المرتبطة بها:

• قياس عالي الدقة وبعيد المدى:

في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية ومسافات قياس طويلة (مثل القياسات الدقيقة، وتقنية الليدار، والقيادة الذاتية)، يُختار عادةً تباعد شعاع أصغر. يضمن ذلك الحفاظ على حجم بقعة صغيرة لشعاع الليزر على مسافات أطول، مما يُحسّن دقة القياس ومدى التغطية. على سبيل المثال، في القيادة الذاتية، يُحافظ عادةً على تباعد شعاع أنظمة الليدار أقل من درجة واحدة للكشف بدقة عن العوائق البعيدة.

• تغطية واسعة مع متطلبات دقة أقل:

في الحالات التي تتطلب تغطية مساحة أكبر، ولكن الدقة ليست بنفس القدر من الأهمية (مثل تحديد موقع الروبوت والمسح البيئي)، يُختار عادةً تباعد أكبر للشعاع. يسمح هذا لشعاع الليزر بتغطية مساحة أوسع، مما يُحسّن قدرات الاستشعار للجهاز، ويجعله مناسبًا للمسح السريع أو الكشف على مساحات واسعة.

• قياس المسافات القصيرة داخل المباني:

في القياسات الداخلية أو قصيرة المدى، يمكن أن يساعد تباعد الشعاع الأكبر في زيادة تغطية شعاع الليزر، مما يقلل من أخطاء القياس الناتجة عن زوايا الانعكاس غير المناسبة. في مثل هذه الحالات، يضمن تباعد الشعاع الأكبر نتائج قياس مستقرة من خلال زيادة حجم البقعة.

4. الخاتمة

يُعدّ تباعد الشعاع أحد العوامل الرئيسية المؤثرة على أداء وحدات قياس المسافة بالليزر. فهو يؤثر بشكل مباشر على دقة القياس، ونطاقه، واختيار سيناريوهات التطبيق. ويمكن للتصميم الأمثل لتباعد الشعاع أن يُحسّن الأداء العام لوحدة قياس المسافة بالليزر، مما يضمن استقرارها وكفاءتها في مختلف التطبيقات. ومع استمرار تطور تقنية قياس المسافة بالليزر، سيصبح تحسين تباعد الشعاع عاملاً هاماً في توسيع نطاق التطبيق وقدرات القياس لهذه الوحدات.

لوميسبوت

العنوان: المبنى رقم 4، رقم 99، طريق فورونغ الثالث، منطقة شيشان، ووشي، 214000، الصين

الهاتف: +86-051087381808.

جوال: +86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn