وحدات قياس المسافة بالليزر هي أدوات عالية الدقة تُستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل القيادة الذاتية، والطائرات بدون طيار، والأتمتة الصناعية، والروبوتات. يعتمد مبدأ عمل هذه الوحدات عادةً على إصدار شعاع ليزر وقياس المسافة بين الجسم والمستشعر من خلال استقبال الضوء المنعكس. من 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 لتباعد الشعاع
يشير تباعد الشعاع إلى الزاوية التي يزداد بها حجم المقطع العرضي لشعاع الليزر كلما ابتعد عن باعث الليزر. ببساطة، كلما صغر تباعد الشعاع، زاد تركيزه أثناء الانتشار؛ وبالعكس، كلما زاد تباعد الشعاع، اتسع نطاق انتشاره. في التطبيقات العملية، يُعبَّر عن تباعد الشعاع عادةً بالزوايا (الدرجات أو الملي راديان).
يُحدد تباعد شعاع الليزر مدى انتشاره على مسافة مُحددة، مما يؤثر بدوره على حجم البقعة على الجسم المُستهدف. إذا كان التباعد كبيرًا جدًا، فسيغطي الشعاع مساحة أكبر على مسافات طويلة، مما قد يُقلل من دقة القياس. من ناحية أخرى، إذا كان التباعد صغيرًا جدًا، فقد يُصبح الشعاع مُركزًا جدًا على مسافات طويلة، مما يُصعّب انعكاسه بشكل صحيح أو حتى يمنع استقبال الإشارة المنعكسة. لذلك، يُعد اختيار تباعد الشعاع المُناسب 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 مسافة الليزر. يؤدي تباعد الشعاع الأكبر إلى حجم بقعة أكبر، مما قد يؤدي إلى تشتت الضوء المنعكس وعدم دقة القياسات. على مسافات أطول، قد يُضعف حجم البقعة الأكبر الضوء المنعكس، مما يؤثر على جودة الإشارة التي يستقبلها المستشعر، وبالتالي زيادة أخطاء القياس. في المقابل، يُحافظ تباعد الشعاع الأصغر على تركيز شعاع الليزر على مسافات أطول، مما ينتج عنه حجم بقعة أصغر، وبالتالي دقة قياس أعلى. في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية، مثل المسح الضوئي بالليزر وتحديد المواقع بدقة، يُعد تباعد الشعاع الأصغر الخيار الأمثل عمومًا.
يرتبط تباعد الشعاع ارتباطًا وثيقًا بنطاق القياس. ففي وحدات قياس مسافة الليزر ذات تباعد الشعاع الكبير، ينتشر شعاع الليزر بسرعة لمسافات طويلة، مما يُضعف الإشارة المنعكسة، ويُحدّ في النهاية من نطاق القياس الفعال. إضافةً إلى ذلك، قد يؤدي حجم البقعة الأكبر إلى انعكاس الضوء من اتجاهات متعددة، مما يُصعّب على المستشعر استقبال الإشارة من الهدف بدقة، مما يؤثر بدوره على نتائج القياس.
من ناحية أخرى، يُساعد تباعد الشعاع الأصغر على الحفاظ على تركيز شعاع الليزر، مما يضمن بقاء الضوء المنعكس قويًا، وبالتالي توسيع نطاق القياس الفعال. لذلك، كلما صغر تباعد الشعاع في وحدة قياس مسافة الليزر، اتسع نطاق القياس الفعال عادةً.
يرتبط اختيار تباعد الشعاع ارتباطًا وثيقًا بسيناريو تطبيق وحدة قياس المسافة بالليزر. ففي الحالات التي تتطلب قياسات بعيدة المدى وعالية الدقة (مثل كشف العوائق في القيادة الذاتية، الليدار)، عادةً ما يتم اختيار وحدة ذات تباعد شعاع صغير لضمان دقة القياسات على مسافات طويلة.
بالنسبة للقياسات قصيرة المسافة أو المسح أو بعض أنظمة الأتمتة الصناعية، قد يكون من الأفضل 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 الصناعي أو مسح المباني)، قد يؤثر انتشار شعاع الليزر على انعكاس الضوء واستقباله. في هذه الحالات، يُساعد تباعد الشعاع الأكبر على تغطية مساحة أكبر، وزيادة قوة الإشارة المُستقبَلة، وتقليل التداخل البيئي. من ناحية أخرى، في البيئات الواضحة والخالية من العوائق، يُساعد تباعد الشعاع الأصغر على تركيز القياس على الهدف، مما يُقلل من الأخطاء.
3. اختيار وتصميم تباعد الشعاع
يُحدَّد عادةً تباعد شعاع وحدة قياس المسافة بالليزر بناءً على تصميم مُرسِل الليزر. وتؤدي سيناريوهات التطبيق والمتطلبات المختلفة إلى اختلافات في تصميم تباعد الشعاع. فيما يلي بعض سيناريوهات التطبيق الشائعة وخيارات تباعد الشعاع المرتبطة بها:
- قياس عالي الدقة وطويل المدى:
في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية ومسافات قياس طويلة (مثل القياسات الدقيقة، والليدار، والقيادة الذاتية)، يُختار عادةً تباعد شعاع أصغر. يضمن هذا بقاء شعاع الليزر على حجم بقعة صغير على مسافات أطول، مما يُعزز دقة القياس ومداه. على سبيل المثال، في القيادة الذاتية، عادةً ما يُحافظ على تباعد شعاع أنظمة الليدار أقل من درجة واحدة للكشف الدقيق عن العوائق البعيدة.
- تغطية واسعة مع متطلبات دقة أقل:
في الحالات التي تتطلب تغطية أوسع، ولكن الدقة ليست بنفس الأهمية (مثل تحديد موقع الروبوت والمسح البيئي)، يُختار عادةً تباعد شعاع أكبر. يسمح هذا لشعاع الليزر بتغطية مساحة أوسع، مما يُعزز قدرات الاستشعار في الجهاز، ويجعله مناسبًا للمسح السريع أو الكشف عن مساحات واسعة.
- القياس الداخلي لمسافات قصيرة:
في القياسات الداخلية أو قصيرة المدى، يُساعد تباعد الشعاع الأكبر على زيادة تغطية شعاع الليزر، مما يُقلل من أخطاء القياس الناتجة عن زوايا الانعكاس غير الصحيحة. في 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. يُمكن للتصميم المناسب لتباعد الشعاع أن يُحسّن الأداء العام لوحدة قياس المسافة بالليزر، مما يضمن استقرارها وكفاءتها في مختلف التطبيقات. ومع استمرار تطور تكنولوجيا قياس المسافة بالليزر، سيصبح تحسين تباعد الشعاع عاملاً هاماً في توسيع نطاق تطبيقات هذه الوحدات وقدراتها على القياس.
لومي سبوت
العنوان: المبنى رقم 4، رقم 99، طريق فورونغ الثالث، منطقة شيشان، ووشي، 214000، الصين
هاتف: + 86-0510 87381808.
الجوال: +86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
وقت النشر: ١٨ نوفمبر ٢٠٢٤