Các mô-đun đo khoảng cách bằng laser là các công cụ có độ chính xác cao được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như lái xe tự động, máy bay không người lái, tự động hóa công nghiệp và robot. Nguyên lý hoạt động của các mô-đun này thường liên quan đến việc phát ra chùm tia laser và đo khoảng cách giữa vật thể và cảm biến bằng cách tiếp nhận ánh sáng phản xạ. Trong số các thông số hiệu suất khác nhau của các mô-đun đo khoảng cách bằng laser, độ phân kỳ chùm tia là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo, phạm vi đo và lựa chọn các tình huống ứng dụng.
1. Khái niệm cơ bản về sự phân kỳ chùm tia
Độ phân kỳ chùm tia là góc mà chùm tia laser tăng kích thước mặt cắt ngang khi nó di chuyển xa hơn từ bộ phát laser. Nói một cách đơn giản hơn, độ phân kỳ chùm tia càng nhỏ thì chùm tia laser càng tập trung trong quá trình truyền; ngược lại, độ phân kỳ chùm tia càng lớn thì chùm tia lan rộng càng rộng. Trong các ứng dụng thực tế, độ phân kỳ chùm tia thường được biểu thị bằng góc (độ hoặc miliradian).
Độ phân kỳ của chùm tia laser quyết định mức độ lan tỏa của nó trên một khoảng cách nhất định, từ đó ảnh hưởng đến kích thước điểm trên vật thể mục tiêu. Nếu độ phân kỳ quá lớn, chùm tia sẽ bao phủ một diện tích lớn hơn ở khoảng cách xa, điều này có thể làm giảm độ chính xác của phép đo. Mặt khác, nếu độ phân kỳ quá nhỏ, chùm tia có thể trở nên quá tập trung ở khoảng cách xa, khiến việc phản xạ chính xác trở nên khó khăn hoặc thậm chí ngăn cản việc nhận tín hiệu phản xạ. Do đó, việc lựa chọn độ phân kỳ chùm tia thích hợp là rất quan trọng đối với độ chính xác và phạm vi ứng dụng của mô-đun đo khoảng cách laser.
2. Tác động của độ phân kỳ chùm tia đến hiệu suất của mô-đun đo khoảng cách bằng laser
Độ phân kỳ chùm tia ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác đo lường của mô-đun khoảng cách laser. Độ phân kỳ chùm tia lớn hơn dẫn đến kích thước điểm lớn hơn, có thể dẫn đến ánh sáng phản xạ phân tán và phép đo không chính xác. Ở khoảng cách xa hơn, kích thước điểm lớn hơn có thể làm yếu ánh sáng phản xạ, ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu mà cảm biến nhận được, do đó làm tăng lỗi đo lường. Ngược lại, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn giúp chùm tia laser tập trung trên khoảng cách xa hơn, dẫn đến kích thước điểm nhỏ hơn và do đó độ chính xác đo lường cao hơn. Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như quét laser và định vị chính xác, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn thường là lựa chọn được ưu tiên.
Độ phân kỳ chùm tia cũng liên quan chặt chẽ đến phạm vi đo lường. Đối với các mô-đun khoảng cách laser có độ phân kỳ chùm tia lớn, chùm tia laser sẽ lan truyền nhanh chóng trên các khoảng cách xa, làm suy yếu tín hiệu phản xạ và cuối cùng hạn chế phạm vi đo lường hiệu quả. Ngoài ra, kích thước điểm lớn hơn có thể khiến ánh sáng phản xạ đến từ nhiều hướng, khiến cảm biến khó nhận được tín hiệu chính xác từ mục tiêu, từ đó ảnh hưởng đến kết quả đo lường.
Mặt khác, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn giúp chùm tia laser duy trì sự tập trung, đảm bảo rằng ánh sáng phản xạ vẫn mạnh và do đó mở rộng phạm vi đo lường hiệu quả. Do đó, độ phân kỳ chùm tia của mô-đun đo khoảng cách laser càng nhỏ thì phạm vi đo lường hiệu quả thường mở rộng càng xa.
Lựa chọn độ phân kỳ chùm tia cũng gắn chặt với kịch bản ứng dụng của mô-đun đo khoảng cách laser. Đối với các kịch bản yêu cầu phép đo tầm xa và độ chính xác cao (như phát hiện chướng ngại vật trong lái xe tự động, LiDAR), mô-đun có độ phân kỳ chùm tia nhỏ thường được chọn để đảm bảo phép đo chính xác ở khoảng cách xa.
Đối với các phép đo khoảng cách ngắn, quét hoặc một số hệ thống tự động hóa công nghiệp, có thể ưu tiên sử dụng mô-đun có độ phân kỳ chùm tia lớn hơn để tăng diện tích phủ sóng và cải thiện hiệu quả đo lường.
Độ phân kỳ chùm tia cũng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường. Trong các môi trường phức tạp có đặc điểm phản xạ mạnh (như dây chuyền sản xuất công nghiệp hoặc quét tòa nhà), sự lan truyền của chùm tia laser có thể ảnh hưởng đến sự phản xạ và tiếp nhận ánh sáng. Trong những trường hợp như vậy, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể giúp bằng cách bao phủ một khu vực lớn hơn, tăng cường độ tín hiệu nhận được và giảm nhiễu môi trường. Mặt khác, trong môi trường trong trẻo, không bị cản trở, độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn có thể giúp tập trung phép đo vào mục tiêu, do đó giảm thiểu lỗi.
3. Lựa chọn và thiết kế phân kỳ chùm tia
Độ phân kỳ chùm tia của mô-đun đo khoảng cách laser thường được xác định bởi thiết kế của bộ phát laser. Các tình huống ứng dụng và yêu cầu khác nhau dẫn đến sự khác biệt trong thiết kế độ phân kỳ chùm tia. Dưới đây là một số tình huống ứng dụng phổ biến và các lựa chọn độ phân kỳ chùm tia liên quan của chúng:
- Đo lường độ chính xác cao và tầm xa:
Đối với các ứng dụng đòi hỏi cả độ chính xác cao và khoảng cách đo xa (chẳng hạn như phép đo chính xác, LiDAR và lái xe tự động), độ phân kỳ chùm tia nhỏ hơn thường được chọn. Điều này đảm bảo rằng chùm tia laser duy trì kích thước điểm nhỏ trên khoảng cách xa hơn, tăng cường cả độ chính xác và phạm vi đo. Ví dụ, trong lái xe tự động, độ phân kỳ chùm tia của hệ thống LiDAR thường được giữ dưới 1° để phát hiện chính xác các chướng ngại vật ở xa.
- Phạm vi phủ sóng rộng với yêu cầu độ chính xác thấp hơn:
Trong các tình huống cần diện tích phủ sóng lớn hơn nhưng độ chính xác không quá quan trọng (như định vị robot và quét môi trường), độ phân kỳ chùm tia lớn hơn thường được chọn. Điều này cho phép chùm tia laser phủ sóng diện tích rộng hơn, tăng cường khả năng cảm biến của thiết bị và làm cho nó phù hợp để quét nhanh hoặc phát hiện diện tích lớn.
- Đo khoảng cách ngắn trong nhà:
Đối với các phép đo trong nhà hoặc tầm ngắn, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể giúp tăng phạm vi phủ sóng của chùm tia laser, giảm lỗi đo do góc phản xạ không phù hợp. Trong những trường hợp như vậy, độ phân kỳ chùm tia lớn hơn có thể đảm bảo kết quả đo ổn định bằng cách tăng kích thước điểm.
4. Kết luận
Độ phân kỳ chùm tia là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất của các mô-đun đo khoảng cách laser. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của phép đo, phạm vi đo và lựa chọn các tình huống ứng dụng. Thiết kế độ phân kỳ chùm tia phù hợp có thể nâng cao hiệu suất tổng thể của mô-đun đo khoảng cách laser, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của nó trong nhiều ứng dụng khác nhau. Khi công nghệ đo khoảng cách laser tiếp tục phát triển, việc tối ưu hóa độ phân kỳ chùm tia sẽ trở thành một yếu tố quan trọng trong việc mở rộng phạm vi ứng dụng và khả năng đo của các mô-đun này.
Đèn Lumispot
Địa chỉ: Tòa nhà 4 #, Số 99 Đường Furong 3, Quận Xishan, Vô Tích, 214000, Trung Quốc
Điện thoại: + 86-0510 87381808.
Di động: + 86-15072320922
Email: sales@lumispot.cn
Thời gian đăng: 18-11-2024