اختلاف شعاع وحدات قياس مسافة الليزر وتأثيره على أداء القياس

وحدات قياس مسافة الليزر هي أدوات عالية الدقة تستخدم على نطاق واسع في مجالات مثل القيادة المستقلة ، الطائرات بدون طيار ، الأتمتة الصناعية ، والروبوتات. يتضمن مبدأ العمل لهذه الوحدات عادةً انبعاث شعاع ليزر وقياس المسافة بين الكائن والمستشعر عن طريق استلام الضوء المنعكس. من بين معلمات الأداء المختلفة لوحدات قياس مسافة الليزر ، يعد تباعد الحزمة عاملًا حاسمًا يؤثر بشكل مباشر على دقة القياس ونطاق القياس واختيار سيناريوهات التطبيق.

1. المفهوم الأساسي لتباعل الشعاع

يشير اختلاف الشعاع إلى الزاوية التي يزداد فيها شعاع الليزر في حجم المقطع العرضي أثناء سفره أبعد من باعث الليزر. بعبارات أبسط ، كلما كان اختلاف الشعاع أصغر ، كلما كان شعاع الليزر أكثر تركيزًا أثناء الانتشار ؛ وعلى العكس ، كلما زاد انحراف الشعاع ، كلما كان الحزمة أوسع. في التطبيقات العملية ، عادة ما يتم التعبير عن تباعد الشعاع في الزوايا (الدرجات أو الميليراديين).

يحدد اختلاف شعاع الليزر المبلغ الذي ينتشر على مسافة معينة ، مما يؤثر بدوره على الحجم الفوري على الكائن المستهدف. إذا كان الاختلاف كبيرًا جدًا ، فستغطي الحزمة مساحة أكبر على مسافات طويلة ، مما قد يقلل من دقة القياس. من ناحية أخرى ، إذا كان الاختلاف صغيرًا جدًا ، فقد تصبح الحزمة مركزة للغاية على مسافات طويلة ، مما يجعل من الصعب التفكير بشكل صحيح أو حتى منع استلام الإشارة المنعكسة. لذلك ، يعد اختيار تباعد الحزمة المناسب أمرًا ضروريًا لدقة ونطاق التطبيق لوحدة قياس مسافة الليزر.

2. تأثير تباعد الشعاع على أداء وحدة قياس مسافة الليزر

يؤثر تباعد الحزمة بشكل مباشر على دقة قياس وحدة المسافة بالليزر. ينتج عن اختلاف الحزمة الأكبر حجمًا بقعة أكبر ، مما قد يؤدي إلى قياسات انعكاس وقياسات غير دقيقة. في مسافات أطول ، يمكن لحجم بقعة أكبر أن يضعف الضوء المنعكس ، مما يؤثر على جودة الإشارة التي يتلقاها المستشعر ، وبالتالي زيادة أخطاء القياس. على النقيض من ذلك ، فإن اختلاف الحزمة الأصغر يبقي شعاع الليزر يركز على مسافات أطول ، مما يؤدي إلى حجم بقعة أصغر وبالتالي دقة قياس أعلى. بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب دقة عالية ، مثل مسح الليزر والتوطين الدقيق ، فإن اختلاف الحزمة الأصغر هو الخيار المفضل عمومًا.

يرتبط اختلاف الحزمة ارتباطًا وثيقًا بنطاق القياس. بالنسبة إلى وحدات المسافة بالليزر مع تباعد شعاع كبير ، ستنتشر شعاع الليزر بسرعة على مسافات طويلة ، ويضعف الإشارة المنعكسة ويحد في نهاية المطاف نطاق القياس الفعال. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتسبب حجم بقعة أكبر في أن يأتي الضوء المنعكس من اتجاهات متعددة ، مما يجعل من الصعب على المستشعر أن يتلقى الإشارة بدقة من الهدف ، مما يؤثر بدوره على نتائج القياس.

من ناحية أخرى ، يساعد انحراف الحزمة الأصغر على أن يظل شعاع الليزر مركّزًا ، مما يضمن أن الضوء المنعكس يظل قويًا وبالتالي يمتد نطاق القياس الفعال. لذلك ، كلما كان تباعد الحزمة الأصغر لوحدة قياس مسافة الليزر ، كلما زاد نطاق القياس الفعال يمتد عادة.

يرتبط اختيار تباعد الحزمة أيضًا ارتباطًا وثيقًا بسيناريو التطبيق لوحدة قياس مسافة الليزر. بالنسبة للسيناريوهات التي تتطلب قياسات طويلة المدى وعالية الدقة (مثل اكتشاف العقبات في القيادة المستقلة ، lidar) ، يتم عادة اختيار وحدة مع تباعد شعاع صغير لضمان قياسات دقيقة على مسافات طويلة.

بالنسبة لقياسات المسافات قصيرة أو المسح أو بعض أنظمة الأتمتة الصناعية ، قد تفضل وحدة التباعد الحزمة الأكبر لزيادة مساحة التغطية وتحسين كفاءة القياس.

يتأثر اختلاف الشعاع أيضًا بالظروف البيئية. في البيئات المعقدة ذات الخصائص العاكسة القوية (مثل خطوط الإنتاج الصناعي أو المسح الضوئي للمباني) ، قد يؤثر انتشار شعاع الليزر على انعكاس الضوء واستقباله. في مثل هذه الحالات ، يمكن أن يساعد اختلاف الحزمة الأكبر من خلال تغطية مساحة أكبر ، وزيادة قوة الإشارة المستلمة ، وتقليل التداخل البيئي. من ناحية أخرى ، في البيئات الواضحة غير المخصصة ، يمكن أن يساعد اختلاف الحزمة الأصغر في تركيز القياس على الهدف ، وبالتالي تقليل الأخطاء.

3. اختيار وتصميم تباعد الشعاع

عادة ما يتم تحديد اختلاف شعاع وحدة قياس مسافة الليزر من خلال تصميم باعث الليزر. سيناريوهات ومتطلبات التطبيق المختلفة تؤدي إلى اختلافات في تصميم تباعد الشعاع. فيما يلي العديد من سيناريوهات التطبيق الشائعة وخيارات تباعد الحزمة المرتبطة بها:

• القياس العالي والطويل المدى:

بالنسبة للتطبيقات التي تتطلب كل من مسافات قياس عالية وقياس طويل (مثل القياسات الدقيقة ، lidar ، والقيادة ذاتية الحكم) ، يتم اختيار تباعد الحزمة الأصغر عمومًا. هذا يضمن أن شعاع الليزر يحافظ على حجم بقعة صغيرة على مسافات أطول ، مما يعزز كل من دقة القياس والمدى. على سبيل المثال ، في القيادة المستقلة ، يتم الاحتفاظ باختلاف الشعاع في أنظمة LIDAR عادةً أقل من 1 درجة للكشف عن العقبات البعيدة بدقة.

• تغطية كبيرة مع متطلبات دقة أقل:

في السيناريوهات التي تكون هناك حاجة إلى منطقة تغطية أكبر ، ولكن الدقة ليست حاسمة (مثل توطين الروبوت والمسح البيئي) ، يتم عادة اختيار اختلاف الحزمة الأكبر. يتيح ذلك لحزمة الليزر تغطية منطقة أوسع ، وتعزيز قدرات الاستشعار عن الجهاز ، وجعلها مناسبة للمسح السريع أو الكشف عن منطقة كبيرة.

• قياس المسافة القصير الداخلي:

بالنسبة لقياسات داخلية أو قصيرة المدى ، يمكن أن يساعد انحراف الحزمة الأكبر في زيادة تغطية شعاع الليزر ، مما يقلل من أخطاء القياس بسبب زوايا الانعكاس غير السليمة. في مثل هذه الحالات ، يمكن أن يضمن اختلاف الحزمة الأكبر نتائج قياس مستقرة عن طريق زيادة حجم البقعة.

4. الخلاصة

تباعد الشعاع هو أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على أداء وحدات قياس مسافة الليزر. إنه يؤثر بشكل مباشر على دقة القياس ونطاق القياس واختيار سيناريوهات التطبيق. يمكن أن يعزز التصميم الصحيح لتباعد الحزمة الأداء الكلي لوحدة قياس مسافة الليزر ، مما يضمن استقرارها وكفاءتها عبر التطبيقات المختلفة. مع استمرار تطور تقنية قياس مسافة الليزر ، سيصبح تحسين تباعد الحزمة عاملاً مهمًا في توسيع نطاق التطبيقات وقدرات القياس لهذه الوحدات.

lumispot

العنوان: المبنى 4 #، No.99 Furong 3rd Road ، Xishan Dist. Wuxi ، 214000 ، الصين

Tel: + 86-0510 87381808.

Mobile: + 86-15072320922

Email: sales@lumispot.cn